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[方程式的引入]            [多項方程式解的性質]            [解根的方法]

 

方程式的引入與解的意義

(1)n次多項式到n次方程式

f(x)= anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0 n次多項式,方程式f(x)=0稱為n(多項)方程式

例如3x-=0x2-3x-54=0(1+)3=1.2分別是1次、2次、3次方程式。

(2)方程式的根:

一個數x0若滿足f(x0)=0,就稱x0為方程式f(x)=0的根或解。有時特別強調x0為複數、實數、有理數或整數,x0又稱為複數根、實根、有理根或整數根。

(3)實根的幾何解釋:

  例如:(1)y=f(x)=x2-3x-4的圖形,如右圖所示:         

  圖形與x軸相交於兩點(-1,0)(4,0),其橫坐標-14就是x2-3x-4=0的實根。

(2)y=g(x)=x2+x+1的圖形,如右圖所示:                        

圖形與x軸沒有交點,因為y=g(x)=(x+)2+所以沒有任何實數x,使得g(x)=0,故g(x)=0沒有實根。方程式x2+x+1=0 的解x=

一般而言,n次多項式y=f(x)的圖形是一條波浪形、平滑的連續曲線。若該曲線和x軸相交,那麼交點P(x0,f(x0))的橫坐標x0必滿足f(x0)=0,所以x0是方程式f(x)=0的一個實根,如果該曲線與x軸沒有交點,此時任何實數均不是方程式f(x)=0的根,因此方程式f(x)=0無實根。

實係數n次方程式f(x)=0的實根a Ûn次函數y=f(x)的圖形與x軸交於點(a,0)

 

多項方程式解的性質:

例子:

     x2-5x+6=0      x=2

     x2+x+1=0       x=

     x3-x2+4x-4=0     (x-1)(x2+4)=0 Þx=12i,-2i

     x4+5x2+4=0     (x2+1)(x2+4)=0 Þx=i ,-i,2i,-2i

(1)實係數n次方程式虛根成對:

定理一:若f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0為一實係數n次多項式,z為一個複數,

  引理1:若z1,z2為二複數,則(a) (b) 

  引理2,其中n為正整數。

定理二:設f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0=0為一實係數n次方程式,zf(x)=0的一根,則共軛虛數 亦為f(x)=0的一根。

[討論]

(a)f(x)=0為一個3次的實係數方程式,是否一定有實根呢?

(b)f(x)=0為一個4次的實係數方程式,是否一定有實根呢?

一般的情形:

(a)f(x)=0為一個奇數次的實係數方程式,一定有實根。

(b)f(x)=0為一個偶數次的實係數方程式,一定有偶數個實根。(可能沒有實根)

(2)有理根成對:

先舉一個例子:

f(x)=x4-6x3+7x2+6x-2

(a)驗證2+是有理係數f(x)=0的一個無理根。

(b)g(x)=[x-(2+)][x-(2-)]=x2-4x+1,請問f(x)是否能被g(x)整除?

(c)請問2-是否為f(x)=0的另一個無理根。

一般情形:

f(x)為有理係數多項式,a,b為有理數,且    為無理數

x=a+f(x)=0之一根,則 x=a-亦為其根。

 

解根的方法:

(1)整係數的n次方程式找有理根:

(a)一次因式檢驗定理:

f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0為一個整係數n次多項式,若整係數一次式ax-bf(x)的因式,且a,b互質,則a|anb|a0

(b)有理根檢驗定理:

f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0=0為一個整係數n次方程式,f(x)=0之一有理根,a,b為整數且互質,則a|anb|a0

(2)無理根的問題:

利用整係數一次因式檢驗定理,可解決有理根的問題,但是就一般的方程式而言,要找出解,尤其是高次的方程式,通常不是一件容易的事情。

 

勘根定理

f(x)=0為實係數n次多項方程式,a,b是兩個實數,f(a)×f(b)<0,則在a,b之間至少有一個f(x)=0的實根。

[定理的說明]

               

注意

1.    從觀察圖形可知,當f(a)×f(b)<0時,則a,b之間的根必有奇數個根。

2.    從圖形的觀察,當f(a)×f(b)>0時,f(x)=0a,b之間可能有根,也可能無根,但若有根一定是偶數個根。

 

 

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