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從高等數學的觀點出發,推匯出一元三次方程根的表示式
- 由 電子通訊和數學 發表于 綜合
- 2021-05-16
怎樣解一元三次方程
每一個三次曲線都有一個特殊的點,這就時高等數學中所說的拐點,所有三次曲線對於這個拐點總是中心對稱的
拐點是透過2次求導等於0得到的,這就是高等數學中判斷曲線凹凸性質的重要法則
所以我們對一元三次方程進行2次求導,就求出了拐點的橫座標-b/3a,這正是三次方程求根公式中的
現在把x換成x——b/3a,讓我們完成變形
上述變形後的方程對應的曲線圖形如下:
讓我們用p和q代替括號中的算式,如下
所以如果我們能搞明白怎麼解這個特殊的形式,那我們就能反向平移,解決原方程,一切都是美
為了分析我們的特殊形式,p和q在圖形中代表什麼呢?q其實就是y軸上的截距,而p就是在拐點處的切線的斜率
所以,改變q就會讓3次曲線上下移動,那麼改變p,我們看到p<0,曲線就像一個過山車
對於p>=0,曲線會像這樣拉長,於是只可能有1個解,但當p<0時,得到過山車曲線,我們有可能得到1個解,2個解或者3個解
為了搞明白當p<0時有多少根,我們需要知道兩個極值點到截距點的豎直距離
因為中心對稱,兩段綠色的長度相等,現在讓我們看看,我們可以得到多少根,如果黃色線段比綠色線段大,我們只有一個根,
怎麼做呢?我們對三次曲線求一次導數可以求出兩個極值點,而三次曲線的導數是一個2次方程,所以我們只需要求一個2次方程就能求出極值點點座標了,有了極值點和拐點的座標,現在就能把黃綠線段用具體表達式代入了,最後得出的是這個不等式
用同樣的思路,恰好有兩個解時對應的是這個不等式
有三個根時,對應的是這個等式
多以這個表示式告訴了我們方程有多少根,這不僅適用於p<0,也就是我們一直討論的過山車曲線,也適用於其他情況
當 p>0 時,只能得出一個根
但有一個特殊情況,當p和q都等於0時,方程只有一個根,但p和q不等式中得出的應該有兩個根,但可以透過定義為重根來修補這個漏洞
言歸正傳,總結一下,三次方程的判別式就像二次方程判別式一樣,在方程中起到非常重要的作用
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