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一元四次方程求根公式

  • x问答
  • 2022-01-24

讲到求根,大家应该都熟悉,有人问如何解一元四次方程式,当然了,还有人问一元四次方程求根公式,这到底是咋回事?其实一元四次方程求根公式呢,下面小编就为大家介绍一元四次方程求根公式,希望我的回答能够帮到您。

一元四次方程求根公式

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自己看下,很清晰,不过繁琐

高于四次不是没有公式,是没有用根式表示的公式,但如五次方程就可以用椭圆函数或三角函数解出准确值.一元三次方程的求根公式用通常的演绎思维是作不出来的,用类似解一元二次方程的求根公式的配方法只能将型如ax^3+bx^2+cx+d+0的标准型一元三次方程形式化为x^3+px+q=0的特殊型.

一元三次方程的求解公式的解法只能用归纳思维得到,即根据一元一次方程、一元二次方程及特殊的高次方程的求根公式的形式归纳出一元三次方程的求根公式的形式.归纳出来的形如 x^3+px+q=0的一元三次方程的求根公式的形式应该为x=A^(1/3)+B^(1/3)型,即为两个开立方之和.归纳出了一元三次方程求根公式的形式,下一步的工作就是求出开立方里面的内容,也就是用p和q表示A和B.方法如下:

(1)将x=A^(1/3)+B^(1/3)两边同时立方可以得到

(2)x^3=(A+B)+3(AB)^(1/3)(A^(1/3)+B^(1/3))

(3)由于x=A^(1/3)+B^(1/3),所以(2)可化为

x^3=(A+B)+3(AB)^(1/3)x,移项可得

(4)x^3-3(AB)^(1/3)x-(A+B)=0,和一元三次方程和特殊型x^3+px+q=0作比较,可知

(5)-3(AB)^(1/3)=p,-(A+B)=q,化简得

(6)A+B=-q,AB=-(p/3)^3

(7)这样其实就将一元三次方程的求根公式化为了一元二次方程的求根公式问题,因为A和B可以看作是一元二次方程的两个根,而(6)则是关于形如ay^2+by+c=0的一元二次方程两个根的韦达定理,即

(8)y1+y2=-(b/a),y1*y2=c/a

(9)对比(6)和(8),可令A=y1,B=y2,q=b/a,-(p/3)^3=c/a

(10)由于型为ay^2+by+c=0的一元二次方程求根公式为

y1=-(b+(b^2-4ac)^(1/2))/(2a)

y2=-(b-(b^2-4ac)^(1/2))/(2a)

可化为

(11)y1=-(b/2a)-((b/2a)^2-(c/a))^(1/2)

y2=-(b/2a)+((b/2a)^2-(c/a))^(1/2)

将(9)中的A=y1,B=y2,q=b/a,-(p/3)^3=c/a代入(11)可得

(12)A=-(q/2)-((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2)

B=-(q/2)+((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2)

(13)将A,B代入x=A^(1/3)+B^(1/3)得

(14)x=(-(q/2)-((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2))^(1/3)+(-(q/2)+((q/2)^2+(p/3)^3)^(1/2))^(1/3)

式 (14)只是一元三方程的一个实根解,按韦达定理一元三次方程应该有三个根,不过按韦达定理一元三次方程只要求出了其中一个根,另两个根就容易求出了.

x^y就是x的y次方

好复杂的说

塔塔利亚发现的一元三次方程的解法

一元三次方程的一般形式是

x3+sx2+tx+u=0

如果作一个横坐标平移y=x+s/3,那么我们就可以把方程的二次项消

去.所以我们只要考虑形如

x3=px+q

的三次方程.

假设方程的解x可以写成x=a-b的形式,这里a和b是待定的参数.

代入方程,我们就有

a3-3a2b+3ab2-b3=p(a-b)+q

整理得到

a3-b3 =(a-b)(p+3ab)+q

由二次方程理论可知,一定可以适当选取a和b,使得在x=a-b的同时,

3ab+p=0.这样上式就成为

a3-b3=q

两边各乘以27a3,就得到

27a6-27a3b3=27qa3

由p=-3ab可知

27a6 + p3 = 27qa3

这是一个关于a3的二次方程,所以可以解得a.进而可解出b和根x.

费拉里发现的一元四次方程的解法

和三次方程中的做法一样,可以用一个坐标平移来消去四次方程

一般形式中的三次项.所以只要考虑下面形式的一元四次方程:

x4=px2+qx+r

关键在于要利用参数把等式的两边配成完全平方形式.考虑一个参数

a,我们有

(x2+a)2 = (p+2a)x2+qx+r+a2

等式右边是完全平方式当且仅当它的判别式为0,即

q2 = 4(p+2a)(r+a2)

这是一个关于a的三次方程,利用上面一元三次方程的解法,我们可以

解出参数a.这样原方程两边都是完全平方式,开方后就是一个关于x

的一元二次方程,于是就可以解出原方程的根x

如何推导出一元四次方程的求根公式?

笛卡尔法:一般的四次方程还可以待定系数法解,这种方法称为笛卡尔法,由笛卡尔于1637年提出。

先将四次方程化为x^4+ax^3+bx^2+cx+d=0的形式。

令x=y-a/4,整理后得到y^4+py^2+qy+r=0 (1)

设y^4+py^2+qy+r=(y^2+ky+t)(y^2-ky+m)=y^4+(t+m-k^2)y^2+k(m-t)y+tm

比较dy对应项系数,得t+m-k^2=p,k(m-t)=q,tm=r

设k≠0,把t和m当作未知数,解前两个方程,得t=(k^3+pk-q)/(2k),m=(k^3+pk+q)/(2k)

再代入第三个方程,得((k^3+pk)^2-q^2)/(4k^2)=r 。

即k^6+2pk^4+(p^2-4r)k^2-q^2=0

解这个方程,设kο是它的任意一根,tο和mο是k=ko时t和m的值那么方程(1)就成为 (y^2+koy+to)(y^2-koy+mo)=0

解方程y^2+koy+to=0和y^2-koy+mo=0就可以得出方程(1)的四个根,各根加上-4/a就可以得出原方程的四个根。

费拉里法

方程两边同时除以最高次项的系数可得 x^4+bx^3+cx^2+dx+e=0 (1)

移项可得 x^4+bx^3=-cx^2-dx-e (2)

两边同时加上(1/2bx)^2 ,可将(2)式左边配成完全平方,

方程成为 (x^2+1/2bx)^2=(1/4b^2-c)x^2-dx-e (3)

在(3)式两边同时加上(x^2+1/2bx)y+1/4y^2

可得 [(x^2+1/2bx)+1/2y]^2= (1/4b^2-c+y)x^2+(1/2by-d)x+1/4y^2-e (4)

(4)式中的y是一个参数。当(4)式中的x为原方程的根时,不论y取什么值,(4)式都应成立。特别,如果所取的y值使(4)式右边关于x的二次三项式也能变成一个完全平方式,则对(4)对两边同时开方可以得到次数较低的方程。

为了使(4)式右边关于x的二次三项式也能变成一个完全平方式,只需使它的判别式变成0,即 (1/2by-d)^2-4(1/4b^2-c+y)(1/4y^2-e)=0 (5)

这是关于y的一元三次方程,可以通过塔塔利亚公式来求出y应取的实数值。

把由(5)式求出的y值代入(4)式后,(4)式的两边都成为完全平方,两边开方,可以得到两个关于x的一元二次方程。 解这两个一元二次方程,就可以得出原方程的四个根。

求一元四次方程求根公式

一元四次方程是未知数最高次数不超过四次的多项式方程。

来源:

费拉里与一元四次方程的解法 卡当在《重要的艺术》一书中公布了塔塔利亚发现的一元三次方程求根公式之后,塔塔利亚谴责卡当背信弃义,提出要与卡当进行辩论与比赛。这场辩论与比赛在米兰市的教堂进行,代表卡当出场的是卡当的学生费拉里。 费拉里(Ferrari L.,1522~1565)出身贫苦,少年时代曾作为卡当的仆人。卡当的数学研究引起了他对数学的热爱,当其数学才能被卡当发现后,卡当就收他作了学生。 费拉里代替卡当与塔塔利亚辩论并比赛时,风华正茂,他不仅掌握了一元三次方程的解法,而且掌握了一元四次方程的解法,因而在辩论与比赛中取得了胜利,并由此当上了波伦亚大学的数学教授。 一元四次方程的求解方法,是受一元三次方程求解方法的启发而得到的。一元三次方程是在进行了巧妙的换元之后,把问题归结成了一元二次方程从而得解的。于是,如果能够巧妙地把一元四次方程转化为一元三次方程或一元二次方程,就可以利用已知的公式求解了。

方法:

1、费拉里法

费拉里的方法是这样的:方程两边同时除以最高次项的系数可得 x^4+bx^3+cx^2+dx+e=0 (1)移项可得 x^4+bx^3=-cx^2-dx-e (2) 两边同时加上(1/2bx)^2 ,可将(2)式左边配成完全平方,方程成为 (x^2+1/2bx)^2=(1/4b^2-c)x^2-dx-e (3) 在(3)式两边同时加上(x^2+1/2bx)y+1/4y^2 可得 [(x^2+1/2bx)+1/2y]^2= (1/4b^2-c+y)x^2+(1/2by-d)x+1/4y^2-e (4) (4)式中的y是一个参数。当(4)式中的x为原方程的根时,不论y取什么值,(4)式都应成立。特别,如果所取的y值使(4)式右边关于x的二次三项式也能变成一个完全平方式,则对(4)对两边同时开方可以得到次数较低的方程。 为了使(4)式右边关于x的二次三项式也能变成一个完全平方式,只需使它的判别式变成0,即 (1/2by-d)^2-4(1/4b^2-c+y)(1/4y^2-e)=0 (5) 这是关于y的一元三次方程,可以通过塔塔利亚公式来求出y应取的实数值。 把由(5)式求出的y值代入(4)式后,(4)式的两边都成为完全平方,两边开方,可以得到两个关于x的一元二次方程。解这两个一元二次方程,就可以得出原方程的四个根。 费拉里发现的上述解法的创造性及巧妙之处在于:第一次配方得到(3)式后引进参数y,并再次配方把(3)式的左边配成含有参数y的完全平方,即得到(4)式,再利用(5)式使(4)的右边也成为完全平方,从而把一个一元四次方程的求解问题化成了一个一元三次方程及两个一元二次方程的求解问题。

误用:

不幸的是,就象塔塔利亚发现的一元三次方程求根公式被误称为卡当公式一样,费拉里发现的一元四次方程求解方法也曾被误认为是波培拉发现的。

2、置换群法

说明:X1,X2,X3是某个三次方程的对称多项式(X1+X2+X3,X1*X2+X2*X3+X3*X1,X1*X2*X3均可求),利用三次方程求根公式解出X1,X2,X3;又有X=x1+x2+x3+x4=ω1,接下来根据X,X1,X2,X3解x1,x2,x3,x4

3、盛金公式

将置换群解法与盛金公式综合,会更简便。解法:

若ax^4+bx^3+cx^2+dx+e=0 令 D=-(3b^2-8ac)

E=3b^4+16a^2c^2-16ab^2c+16a^2bd-64a^3e F=-(b^3-4abc+8a^2d)^2

A=D^2-3E,B=DE-9F,C=E^2-3DF,Δ=B^2-4AC

1.若D=E=F=0,则方程有一个四重根。则

x1=x2=x3=x4=-b/4a=-2c/3b=-3c/2d=-4d/e

2.若A=B=C=0,且DEF不为0,则方程有一个三重根。则

x1=-b/4a-F/4aD x2=x3=x4=-b/4a+3F/4aD

3.若E=F=0,D不为零,则方程有两对重根。

x1=x2=(-b+(-D)^(1/2))/4a x3=x4=(-b-(-D)^(1/2))/4a

4.若Δ=0,A不为零,则方程只有一对重根。

令X1=-D+B/A,X2=-B/2A,则

x1=(-b+X1^(1/2)+2X2^(1/2))/4a x2=(-b+X1^(1/2)-2X2^(1/2))/4a x3=x4=(-b+X1^(1/2))/4a

5.若Δ<0,令T=arccos[(2AD-3B)/2A^(3/2)]

y1=-(D+2A^(1/2)cos(T/3)

y2=-(D+2A^(1/2)cos(T/3+2π/3)

y3=-(D+2A^(1/2)cos(T/3-2π/3)

x1=(-b+y1^(1/2)+y2^(1/2)+y3^(1/2))/4a

x2=(-b+y1^(1/2)-y2^(1/2)-y3^(1/2))/4a

x3=(-b-y1^(1/2)-y2^(1/2)+y3^(1/2))/4a

x4=(-b-y1^(1/2)+y2^(1/2)-y3^(1/2))/4a

6.若Δ>0

Y1=AD+(3/2)(-B+(B^2-4AC)^(1/2))

Y2=AD+(3/2)(-B-(B^2-4AC)^(1/2))

Z1=(-2D-Y1^(1/3)-Y2^(1/3))/6

Z2=3^(1/2)(Y1^(1/3)-Y2^(1/3))/6

Z=-(-D+Y1^(1/3)+Y2^(1/3))/3

W1=(2Z1+2(Z1^2+Z2^2)^(1/2))^(1/2)

W2=(-2Z1+2(Z1^2+Z2^2)^(1/2))^(1/2)

x1=(-b+Z^(1/2)+2W1)/4a x2=(-b+Z^(1/2)-2W1)/(4a)

x3=(-b-Z^(1/2)-2W2)/4a x4=(-b-Z^(1/2)+2W2)/(4a)

一元四次方程求根公式大学有学吗

一元四次方程

只含有一个未知数,并且未知数项的最高次数是4的整式方程叫做一元四次方程。它的一般式为:ax^4+bx³+cx²+dx+e=0(a≠0)

中文名

一元四次方程

外文名

quartic equation of one unknown

解释

只有一个未知数,最高为4次

学科

数学

一般式

ax^4+bx^3+cx^2+dx+e=0(a≠0)

满足条件

一元四次方程必须满足以下三个条件:

①是整式方程,即等号两边都是整式;方程中如果有分母,且未知数在分母上,那么这个方程就是分式方程,不是一元四次方程;方程中如果有根号,且未知数在根号内,那么这个方程也不是一元四次方程,这点请注意!

②只含有一个未知数;

③未知数项的最高次数是4(即a≠0)。

注:如果方程满足条件①,化简后不满足条件②和③,则该方程不是一元四次方程。

有没有三、四次方程的求根公式

解析:

(1) 一元三次方程和一元四次方程均有求根公式。公式十分复杂且实用性较低,故初高中教学大纲内并未涉及。

(2) 一元三次求根公式(卡诺丹公式)

//以x³+px+q=0为例

//ax³+bx²+cx+d=0可化为上述形式。

(3) 一元四次方程求根公式(费拉里公式)

一元四次方程求根公式的求根公式(费拉里法)

一元四次方程的求根公式过于复杂。为了描述方便,不得不借助几个中间变量。

或 (取模较大的数值)

(若 u 为零,则 v 也取值为零)

上面三个公式中,k 可取值 1,2,3。(m,S,T)的取值最好选择最大的一组,这样计算 T 时数值最稳定。如果三个 均为零,则上面三个变量按下面三个公式取值

四个根为(下式中 )

一元四次方程求根公式的来源

费拉里与一元四次方程的解法 卡当在《重要的艺术》一书中公布了塔塔利亚发现的一元三次方程求根公式之后,塔塔利亚谴责卡当背信弃义,提出要与卡当进行辩论与比赛。这场辩论与比赛在米兰市的教堂进行,代表卡当出场的是卡当的学生费拉里。 费拉里(Ferrari L.,1522~1565)出身贫苦,少年时代曾作为卡当的仆人。卡当的数学研究引起了他对数学的热爱,当其数学才能被卡当发现后,卡当就收他作了学生。 费拉里代替卡当与塔塔利亚辩论并比赛时,风华正茂,他不仅掌握了一元三次方程的解法,而且掌握了一元四次方程的解法,因而在辩论与比赛中取得了胜利,并由此当上了波伦亚大学的数学教授。 一元四次方程的求解方法,是受一元三次方程求解方法的启发而得到的。一元三次方程是在进行了巧妙的换元之后,把问题归结成了一元二次方程从而得解的。于是,如果能够巧妙地把一元四次方程转化为一元三次方程或一元二次方程,就可以利用已知的公式求解了。

一元四次方程求根公式的介绍

一元四次方程是未知数最高次数不超过四次的多项式方程。应用化四次为二次方法,结合盛金公式求解。

一元二次方程万能公式多少

一元二次方程ax^2+bx+c=0的万能公式x=(-b±√(b^2-4ac))/2a。

解:对于一元二次方程ax^2+bx+c=0(a≠0),可以进行化简得,

x^2+b/a*x+c/a=0

x^2+2*b/2a*x+(b/a)^2-(b/2a)^2+c/a=0

(x+b/2a)^2=(b/2a)^2-c/a

即(x+b/2a)^2=(b^2-4ac)/a^2

那么可解得x+b/2a=√(b^2-4ac))/2a,或者x+b/2a=-√(b^2-4ac))/2a。

那么x=(-b+√(b^2-4ac))/2a,或者x=(-b-√(b^2-4ac))/2a。

所以一元二次方程的万能解公式为x=(-b±√(b^2-4ac))/2a。

二次函数性质

对于二次函数y=ax^2+bx+c(其中a≠0)。有如下性质。

1、二次函数的图像是抛物线。开口向上或者向下的抛物线才是二次函数。抛物线是轴对称图形。对称轴为直线x=-b/(2a)。

2、二次项系数a决定抛物线的开口方向和大小。当a>0时,抛物线开口向上;当a<0时,抛物线开口向下。|a|越大,则抛物线的开口越小;|a|越小,则抛物线的开口越大。

3、抛物线与x轴交点个数

(1)当△=b^2-4ac>0时,抛物线与x轴有2个交点。

(2)当△=b^2-4ac=1时,抛物线与x轴有1个交点。

(3) 当△=b^2-4ac<0时,抛物线与x轴没有交点。

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