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【趣味数学题】奥玛·哈雅姆三次方程

2021-08-29 10:28 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

郑涛(Tao Steven Zheng)著

【问题】

奥玛·哈雅姆 (Omar Khayyam,1048 年 – 1131 年)通过把解形式为 x%5E3%20%2B%20ax%20%3D%20b%20 的三次方程的问题转化为找出圆和抛物线之交点的问题:


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ax%5E2%20%2B%20y%5E2%20%3D%20qx%20%5C%5C%0Ax%5E2%20%3D%20py%0A%5Cend%7Bcases%7D


其中 a%2Cb%2Cp%2Cq  是正数。

题一: 推得 p%2Cqa%2C%20b 的关系。

题二: 通过绘制两个圆锥曲线并定位交点,用哈雅姆的方法求解三次方程 x%5E3%20%2B%204x%20%3D%2016%20



【题解】

题一解
把第一个方程写成 y%5E2%20%3D%20x(q-x)%20把第二个方程写成 y%3D%5Cfrac%7Bx%5E2%7D%7Bp%7D将第二个方程代入第一个方程来消除 y,得 %5Cfrac%7Bx%5E4%7D%7Bp%5E2%7D%20%3D%20x(q-x)

因此,

x%5E3%20%3D%20p%5E2%20(q-x)


x%5E3%20%2B%20p%5E2%20x%20%3D%20p%5E2%20q


与三次方程 x%5E3%20%2B%20ax%20%3D%20b%20 匹配项,得


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ap%5E2%20%3D%20a%20%5C%5C%0Aq%20%3D%20%5Cfrac%7Bb%7D%7Ba%7D%0A%5Cend%7Bcases%7D


因为 a%2Cb%2Cp%2Cq%20 都是正数,


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ap%20%3D%20%5Csqrt%7Ba%7D%20%5C%5C%0Aq%20%3D%20%5Cfrac%7Bb%7D%7Ba%7D%0A%5Cend%7Bcases%7D


题二解
对于方程 x%5E3%20%2B%204x%20%3D%2016a%20%3D%204%20b%20%3D%2016。所以,


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ap%20%3D%20%5Csqrt%7B4%7D%20%3D%202%20%5C%5C%0Aq%20%3D%20%5Cfrac%7B16%7D%7B4%7D%20%3D%204%0A%5Cend%7Bcases%7D


然后绘制两个圆锥曲线(二元二次方程)


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ax%5E2%20%2B%20y%5E2%20%3D%204x%20%5C%5C%0Ax%5E2%20%3D%202y%0A%5Cend%7Bcases%7D


以上图所示,交点为 (0,0) 和 (2,2)。把这两个交点的 x 数值代入 x%5E3%20%2B%204x%20%3D%2016 时, 我们发现 此三次方程只有一个解 x%20%3D%202




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