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易于记忆的三次方程通解求法

2023-08-23 13:18 作者:一条狗的研究  | 我要投稿

由于三次方程在得到了一个根后,总能通过因式分解求解二次方程来获得另外的两个根,为了避免繁琐,本文只求三次方程的一个根。

对于任意三次方程

x%5E3%2Bax%5E2%2Bbx%2Bc%3D0%0A

不难考虑到利用配方法,可以消去二次项

y%3Dx%2B%5Cfrac%7Ba%7D%7B3%7D,则有

%0Ay%5E3%2B%5Cleft(%20b-%5Cfrac%7Ba%5E2%7D%7B3%7D%20%5Cright)%20y%2B%5Cfrac%7B2a%5E3%7D%7B27%7D-%5Cfrac%7Bab%7D%7B3%7D%2Bc%3D0%0A

也就是说,只要能解决所有不含二次项的三次方程,也就解决了所有三次方程。

因此我们只考虑解如下方程

%0Ax%5E3%2Bpx%2Bq%3D0%0A%0A

我们再次注意到,如果我们换元x=kt,得到

%0At%5E3%2B%5Cfrac%7Bp%7D%7Bk%5E2%7Dt%2B%5Cfrac%7Bq%7D%7Bk%5E3%7D%3D0%0A

这说明,只要我们调整换元中系数k的取值,在解决了某个特定值p后,我们都能通过调整k解决任意的三次方程!

这里给出两种特殊系数三次方程的解来求通解,

我们联想到

%0A%5Cleft(%20z%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bz%7D%20%5Cright)%20%5E3%3Dz%5E3%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bz%5E3%7D%2B3%5Cleft(%20z%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bz%7D%20%5Cright)%20%0A

也就是说,对于方程

t%5E3-3t%2Bm%3D0

只要我们换元

t%3Dz%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bz%7D

就得到

z%5E3%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bz%5E3%7D%3D-m

求解方程,这里只取一根

%0Az%3D%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B-m%2B%5Csqrt%7Bm%5E2-4%7D%7D%7B2%7D%7D

t%3D%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B-m%2B%5Csqrt%7Bm%5E2-4%7D%7D%7B2%7D%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B-m%2B%5Csqrt%7Bm%5E2-4%7D%7D%7B2%7D%7D%7D

我们考虑系数,

%0A%5Cfrac%7Bp%7D%7Bk%5E2%7D%3D-3

%0Ak%3D%5Csqrt%7B-%5Cfrac%7Bp%7D%7B3%7D%7D,也就是说,m%3D-%5Cfrac%7B3q%7D%7Bp%5Csqrt%7B-%5Cfrac%7Bp%7D%7B3%7D%7D%7D%3D%5Cfrac%7B9q%7D%7Bp%5E2%7D%5Csqrt%7B-%5Cfrac%7Bp%7D%7B3%7D%7D%0A

带入系数,也就得到了

%0Ax%3Dkt%3D%5Csqrt%7B-%5Cfrac%7Bp%7D%7B3%7D%7D%5Cleft(%20%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B-%5Cfrac%7B9q%7D%7Bp%5E2%7D%5Csqrt%7B-%5Cfrac%7Bp%7D%7B3%7D%7D%2B%5Csqrt%7B-27%5Cfrac%7Bq%5E2%7D%7Bp%5E3%7D-4%7D%7D%7B2%7D%7D%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Csqrt%5B3%5D%7B%5Cfrac%7B-%5Cfrac%7B9q%7D%7Bp%5E2%7D%5Csqrt%7B-%5Cfrac%7Bp%7D%7B3%7D%7D%2B%5Csqrt%7B-27%5Cfrac%7Bq%5E2%7D%7Bp%5E3%7D-4%7D%7D%7B2%7D%7D%7D%20%5Cright)%20%0A

这个公式虽然看起来非常夸张,但其实求解过程并不繁难。可以发现,我们利用p=-3的特殊情况,经过简单的系数调整就解决了全部三次方程。那么有没有别的特殊系数的情况同样能利用呢?当然是有的,例如三倍角公式。余下的内容就由读者自行探索了。




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