【092】韦达定理在一元n次方程中的推广

本文采用数学归纳法证明了一元n次方程的解与系数之间的关系,并详细展示了从n=2到n=k+1的证明过程。通过推论1得出了一元n次方程的xn-1项系数与常数项的具体表达式。

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准备部分

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证明:

用数学归纳法证明。

当n=2,(x - x1)(x - x2) = x2 - (x1 + x2)x + (-1)2x1x2 命题成立。

当n=3,(x - x1)(x - x2)(x - x3) = (x - x3)[x2 - (x1 + x2)x + (-1)2x1x2]

= x[x2 - (x1 + x2)x + (-1)2x1x2] + (-x3)[x2 - (x1 + x2)x + (-1)2x1x2]

= x3 - (x1 + x2)x2 + x1x2x + (- x3)x2 + (x1 + x2)x3x - x1x2x3

= x3 - (x1 + x2 + x3)x2 + (x1x2 + x1x3 + x2x3)x + (-1)3 x1x2x3

命题成立。

当n=k,假设

5.png

当n=k+1

6.png

因为我们只关心次数最高的项、次数第二高的项和常数项,所以把上面的式子合并同类项后,可以像下面这样简略表示:

7.png

综上所述可以证明推论1 。

正文

复数范围内,如果一元n次方程 anxn+an-1xn-1+···+a0 = 0 的解是 x1, x2, ···, xn。那么

8.png

证明:

代数基本定理:任何复系数一元n次多项式 方程在复数域上至少有一根(n≥1),由此推出,n次复系数多项式方程在复数域内有且只有n个根(重根按重数计算)。

已知这些解是x1, x2, ···, xn 。那么一元n次方程可以化成如下形式:

9.png

根据推论1:

10.png

所以xn-1 项系数:

11.png

常数项:

12.png

若n是偶数,则(-1)n =1,等式

13.png

成立。

若n是奇数,则(-1)n =-1,等式

14.png

成立。

所以

13.png

综上所述题目得证。

韦达定理是一条关于一元方程根的关系性质,它表明如果一个二方程 \(ax^2 + bx + c = 0\)(其中 \(a \neq 0\))有实数解 \(x_1\) 和 \(x_2\),那么它们满足以下关系: 1. \(x_1 + x_2 = -\frac{b}{a}\) (两根之和等于常数项系数的相反数除以二项系数) 2. \(x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a}\) (两根之积等于常数项) 在C语言中,我们可以编写函数来利用这个定理。这里是一个简单的示例: ```c #include <stdio.h> // 定义求解一元方程的辅助函数 double quadratic_roots(double a, double b, double c) { // 计算判别式 double discriminant = b * b - 4 * a * c; if (discriminant >= 0) { // 实数根 double root1 = (-b + sqrt(discriminant)) / (2 * a); double root2 = (-b - sqrt(discriminant)) / (2 * a); return (root1, root2); // 返回一个包含两个根的数组 } else { // 复数根 double real_part = -b / (2 * a); double imaginary_part = sqrt(-discriminant) / (2 * a); printf("方程无实数根,有复数根 %.2f + i%.2fi\n", real_part, imaginary_part); return (real_part, imaginary_part); // 仅返回实部和虚部 } } int main() { double a, b, c; printf("请输入一元方程的系数(a, b, c): "); scanf("%lf %lf %lf", &a, &b, &c); double* roots = quadratic_roots(a, b, c); printf("根分别为: %.2f, %.2f\n", roots[0], roots[1]); free(roots); // 注意释放内存 return 0; } ``` 这个程序首先计算判别式,然后根据其值确定根的类型,并按照韦达定理计算结果。
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