一元三次方程的解法
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一元三次方程:只含有一个未知数,且未知数的最高次数为3的整式方程叫做一元三次方程,一元三次方程的一般形式是ax 3+bx 2+cx+d=0(a ,b ,c ,d∈R 且a ≠0),下面来讨论一下一元三次方程求解的问题。
已知一元三次方程ax 3+bx 2+cx+d=0,求方程的根。
解:令3b x y a =-,得2323
23
329270327ac b b abc a d y y a a --+++=①
令23223
329273,2327ac b b abc a d m n a a
--+==,得3
320y my n ++=② 经过换元,将原方程化为一元三次方程的特殊形式(3
0x px q ++=),现在求方程②
的根,
令y=u+v ,两边立方得=+=+++=++333333
y (u v)u v 3uv (u v)u v 3uvy
333y 3uvy (u )③v 0∴--+=
由②③式可得,⎧=-⎨+=-⎩33333
u v m u v 2n ④
⑤
由④⑤式可知u 3和v 3为方程μ+μ-=232n m 0的两根,
3
32n 2n u ,v 22
-+--∴==
y u v ∴=+=
+
令a =
=
则12223y a b
y a b y a b
⎧=+⎪⎪=α+α⎨⎪=α+α⎪⎩,2,αα为1
的立方根,221cos
i sin i 3322ππα=+=-+
,ππα=+=--2441cos i sin i 3322
则2323
23
329270327ac b b abc a d
y y a a
--+++=的根表示为
⎧
=+⎪⎪
+-⎪
=++=+⎨⎪
⎪+-=++=-⎪⎩12
3y a b 11a b a b y (-i )a (--i )b -22222211a b a b
y (--i )a (-i )b -222222
⑥ 由⑥可知,
① 当+>23n m 0时,方程有1个实根和2个共轭复根;
② 当+=23n m 0时,a ,b 是相等的两个实数,方程有3个实根,其中有1个二重实根; ③ 当+<23n m 0时,方程有3个不相等实根。
以上解法为在卡尔丹公式基础上进一步研究得出,常用的一元三次方程解法除卡尔丹公式法外,还有盛金公式法。
下面通过几个例题具体的使用卡尔丹公式进行解题。
例题1:解方程x 3-6x 2+10x-8=0 解:令3b
x y a
=-
=y+2,得y 3-2y-4=0 23100
027
n m +=>
a b ∴=
=
⎧=+=⎪⎪
∴=α+α=-+⎨⎪=α+α=--⎪⎩12223y a b 2y a b 1i y a b 1i
∴原方程的解为⎧=+=⎪
=+=+⎨⎪
=+=-⎩112233x y 24
x y 21i x y 21i
例题2:解方程x 3-12x+16=0 解:23=6464=0n m +-
22
∴=-=-a b
⎧=+=-⎪⎪
∴=α+α=⎨⎪=α+α=⎪⎩12223
y a b 4y a b 2y a b 2 ∴原方程的解为⎧==-⎪
==⎨⎪
==⎩112233x y 4
x y 2
x y 2
例题3:解方程x 3-6x-4=0
解:234840n m +=-=-<
∴方程有3个不相等实根
∴=+=
+
=
+
y u v 令=
=θv
r ,
tan u
θ+πθ+π
θ+πθ+π
∴=
+=2k 2k 2k 2k y +isin )-isin ),k 0,1,23333
θ+π
∴==2k y ,k 0,1,23
⎧θ=⎪⎪
θ+π
⎪
∴=⎨⎪⎪θ+π=⎪⎩
1
23y 32y 34y 3
+=2n n 2i
π∴=
+
=θ=θy 1即=
4
∴
原方程的解为⎧θ==+⎪⎪
θ+π
⎪
==-⎨⎪⎪θ+π
==-⎪⎩
1
23x 132x 234x 13
以上三个例题分别为方程根的三种情况,解一元三次方程的通法即先将方程化为特殊形式,再判断23n m +的值属于哪一种情况,根据公式求解即可。