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搞定三次方程的步骤是什么?

最编程 2024-08-10 22:40:07
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背景


说到方程求解,我想大家都会想到一元二次方程:

ax2+bx+c=0

可使用 配方法,求得根为:
x=b±b24ac2a

b24ac>0 时,方程有两实根
b24ac=0 时,方程有两相同实根
b24ac<0 时,没有实根,但在复数上有两复根

当二次方程求解成功之后,人们开始转向研究解决三次主程的方法。然而在解决三次方程时,人们的进展没有想像中那么快。但人们还是找到了一些特殊三次方程的解决,于是乎,学术界和民间纷纷开展了一场解决三次方程的比赛。也有人找到了通用的解方程办法,但是秘而不宣,造成三次方程的解决一直没有告知于众。

数学界解三次方程这段历史非常有历,在这些就不详细说明了,有兴趣的读者可以网上google一下,可以找到不错的史料。

为了降低阅读的难度,本文先介绍一种特殊三次方程的解决,看看如何求解决这种特殊的三次方程。

特殊三次方程求解


卡尔丹首先突破的三次方程是没有二次项的三次方程,它的形式如下:

x3+px+q=0

那如何解这个新方程呢?卡尔丹想到很奇妙的方法,令 x=u+v ,代入原方程,化简后得:

u3+v3+3uv(u+v)+p(u+v)+q=0

然后,再对u和v增加一个约束: 3uv=p ,就可以将 (u+v) 项消灭,从而得到:

u3+v3+q=0

由增加的约束可得 v=p3u ,代入得:

u3+(p/3u)3+q=0

然后两边同时乘以 27u3 ,整理移项得:

27u6+27qu3p3=0

显然,此方程可以看作是 u3 为变元的二次方程,根据二次方程的求根公式,马上可以得到:

u3=q2±q24+p327

从这里开始就犯难了,这里遇到两个问题:
1. 如果 q24+p327<0 ,则 q24+p327 是复数。
2. 从 u3 中求解 u ,似乎又涉及3次方程求解,它有3个根,而且涉及复数。

为了保证求解过程不产生跳跃性,我们对q24+

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