一元方程的求根公式

本文探讨了一元方程的求根公式,从一元一次到四次方程,详细阐述了求解方法,包括韦恩公式在解方程中的应用,以及一元五次及以上方程为何不存在一般求根公式的原因,揭示了群论在此问题中的关键作用。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

最近看了看方程的求解方法,感觉挺有意思的,加之最近新换了实习,又要写毕业论文,实在太忙,没时间写博客,就拿这个写一篇博客吧

方程的求根公式

要得到一元方程的求根公式,就得先定义什么是一元方程,什么是求根公式。方程是指等式连接的两个式子(相信大家都明白),一元方程是指方程中只含有一个未知数的方程。求根公式就是通过方程的系数进行有限次加减乘除开方运算得到的根的值的公式。重点是有限次加减乘除开方,这些运算都被定义为初等运算。

韦恩公式

韦恩公式指出,一元nnn次方程有nnn个根(有可能有重根,重根算多个),这是因为一元多次方程可以写成元和根相减相乘的形式:
(x−r1)(x−r2)⋯(x−rn)=0(x-r_1)(x-r_2)\cdots(x-r_n)=0(xr1)(xr2)(xrn)=0

展开之后可以得到根的和和根的积与系数的关系。

一元一次方程

形如
ax+b=0,a≠0ax+b=0,a \neq 0ax+b=0,a̸=0
的方程被称做一元一次方程,它的求根公式是
x=−bax=-\frac{b}{a}x=ab
一元方程的意义是通过求解一元方程,人们知道了负数和分数。

一元二次方程

形如
ax2+bx+c=0,a≠0ax^2+bx+c=0,a \neq 0ax2+bx+c=0,a̸=0
的方程被称做一元二次方程,求解它运用到的技巧就是配方法
x2+b2a+(b2a)2=(b2a)2−cax^2+\frac{b}{2a}+(\frac{b}{2a})^2=(\frac{b}{2a})^2-\frac{c}{a}x2+2ab+(2ab)2=(2ab)2ac

(x+b2a)2=b2−4ac(2a)2(x+\frac{b}{2a})^2=\frac{b^2-4ac}{(2a)^2}(x+2ab)2=(2a)2b24ac

x=−b±b2−4ac2ax=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}x=

### 一元三次方程求根公式的解析 一元三次方程的标准形式为 \( ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 \),其中 \( a, b, c, d \) 是常,\( a \neq 0 \)[^1]。对于该类方程求解,历史上提出了多种方法,其中包括著名的卡尔丹公式法以及盛金公式法。 #### 卡尔丹公式法 卡尔丹公式是一种经典的代方法用于解决标准形式的一元三次方程。其核心思想是对原方程进行变量替换以简化结构,并最终表达出根的具体形式。以下是具体的推导过程: 设原始方程为: \[ ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 \] 令 \( y = x + \frac{b}{3a} \),则可以通过消去二次项的方式将其转化为如下形式: \[ y^3 + py + q = 0 \] 其中, \[ p = \frac{3ac - b^2}{3a^2},\quad q = \frac{2b^3 - 9abc + 27a^2d}{27a^3}. \][^1] 进一步定义辅助量 Δ (判别式) 如下: \[ \Delta = (\frac{q}{2})^2 + (\frac{p}{3})^3. \] 根据 Δ 的取值范围,可以分为三种情况讨论根的情况及其计算方式: 1. **当 \( \Delta > 0 \)** 此时存在一个实根和一对共轭虚根。实根可通过以下公式给出: \[ y_1 = u + v,\quad u=\sqrt[3]{-\frac{q}{2}+\sqrt{\Delta}},\quad v=\sqrt[3]{-\frac{q}{2}-\sqrt{\Delta}}. \] 其余两根由复运算获得: \[ y_{2,3} = -\frac{(u+v)}{2}\pm i\frac{\sqrt{3}(u-v)}{2}. \] 2. **当 \( \Delta = 0 \)** 此情形表明三个根均为实且至少有两个相同。具体而言: 如果 \( u=v=-\frac{q}{2}=0 \), 则三重根为零; 否则,两个相同的单根分别为 \( y_1=y_2=u+v \),另一个不同根为 \( y_3=-(y_1+y_2)/2 \). 3. **当 \( \Delta < 0 \)** 全部三个根皆为互异实。引入角度参 θ 定义为满足条件 cosθ=(−q/2)/(√(|Δ|)) 下的结果,则各根依次表示为: \[ y_k = 2\sqrt{-\frac{p}{3}}cos(\frac{\theta+2kπ}{3}), k∈ {0,1,2}. \] 最后回带至初始变量即可得完整的解集[x₁,x₂,x₃]. #### 盛金公式法 除了传统的卡尔丹公式外,还有更为简洁实用的方法——盛金公式。这种方法基于对方程特定组合形成的判别式来快速判断各类可能的情形并直接写出对应的显式解答。由于篇幅原因这里不做详尽展开,但推荐作为实际应用中的首选方案之一[^1]。 ```python import cmath def solve_cubic(a, b, c, d): """Solve cubic equation using Cardano's method.""" delta_0 = b**2 - 3*a*c delta_1 = 2*b**3 - 9*a*b*c + 27*(a**2)*d C = ((delta_1 + cmath.sqrt(delta_1**2 - 4*delta_0**3))/2)**(1/3) if abs(C.real) < 1e-10 and abs(C.imag) < 1e-10: xi = (-delta_0 / (C)).real**(1/3) else: xi = -(delta_0/(C)) root1 = (xi + C).real - b/(3*a) roots = [root1] discriminant_sqrt = cmath.sqrt((delta_0**3-delta_1**2)/(-4)) arg = cmath.phase(discriminant_sqrt) magnitude = abs(discriminant_sqrt)**(1/3) for j in range(1, 3): angle_j = complex(magnitude * cmath.cos(arg+j*cmath.pi*2/3), magnitude * cmath.sin(arg+j*cmath.pi*2/3)) rootj = (angle_j + C).real - b/(3*a) roots.append(rootj) return roots ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值