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| 詩文 | 解一元高次方程的技能 |
| 釋義 | 解一元高次方程的技能指求得實系數(shù)一元高次方程的根或其近似值的技能,以及求某些特殊的復系數(shù)方程的根的技能等。它是數(shù)學中基本的運算技能之一。 解一元高次方程技能訓練的基本要求和注意點是:①明確其基本思想是“降次”,即轉(zhuǎn)化為次數(shù)較低的方程來解,基本方法是利用因式分解(參見“一元多項式的因式分解”)或利用換元法(參見“換元法”)。②有理系數(shù)的一元高次方程要化為整系數(shù)方程來解。③會用牛頓試除法求整系數(shù)多項式f(x)的有理根:先求出常數(shù)項的所有約數(shù)u1,u2,…uk(包括負的約數(shù)),首項系數(shù)的所有約數(shù)v1,v2…v1,寫出一切可能的ui/vj,再對這有限個ui/vj用綜合除法進行試除(參見《綜合除法》)。當求得一個有理根后,只要再對商式進行試除。對求得的有理根還要繼續(xù)試除,以檢查是否為重根。當ui/vj很多時,會用以下方法縮小試除的范圍:先計算f(1)與f(-1),檢查1與-1是否為根。若f(1),f(-1)都不為零,則只需對使商f(1)/1-α,f(-1)/1+α都是整數(shù)的α=ui/vj進行試除;若f(1)(或f(-1))為零則可用(x-1)(或(x+1))進行試除,而對所得的商式再考慮以上步驟。在試除過程中,如商式出現(xiàn)分數(shù)系數(shù),要知道不需再除下去,所試除的數(shù)不是f(x)的根。④懂得在復數(shù)范圍一元n次方程恰有n個根(n重根就當n個計算)。實系數(shù)方程只可能有實根或成對的共軛虛根。并知道,在實際上要求出這些根常很困難,而且并非都能辦到。一元三次方程,四次方程有求根公式,但很麻煩,實用價值不大。而五次及五次以上的方程不存在求根公式,即不能把一般的五次及五次以上的方程的解通過系數(shù)的有限次加減乘除、乘方、開方表示出來。所能解的只是一些特殊的高次方程。⑤懂得對于實系數(shù)一元高次方程,當它的實根不能用上面所述方法方便地求得時,需要求出實根的近似值,這在實際問題中大量存在。知道可以用施圖姆方法求得實根的個數(shù),和進行實根的隔離,即把不同的實根分隔在不同的互不交叉的區(qū)間內(nèi)。(施圖姆方法可在有關多項式代數(shù)的書籍中查到)。⑥會用秦九韶法求實系數(shù)一元高次方程f(x)=0實根的近似值:設f(x)沒有重根(這不失一般性,因為總可以把一個多項式的重因式去掉,參閱《高等代數(shù)》),在區(qū)間[c,c+1]內(nèi)有一個實根α,(c是整數(shù)),作變換x=c+y,f(x)變?yōu)?span id="ea6je1vsns" class="PUC01_E9">?(y),它有一個根β在0與1之間,α=C+β。把[0,1]分成10個較小的閉區(qū)間:[0,0.1]、[0.1,0.2]、…,[0,9,1]??疾?span id="ea6je1vsns" class="PUC01_E9">?(y)在小區(qū)間端點的符號,由在兩端異號即知β在該小區(qū)間內(nèi)。設β在[0.C1,0,C1+0.1]內(nèi),那么C.C1就是α的精確到0.1的近似值。若再作變換y=0.C1+z,則?(y)變?yōu)?span id="ea6je1vsns" class="PUC01_E9">?(z),它有一個根γ在0與0.1之間,有β=0.C1+γ,從而α=c.c1+γ。再確定γ在[0,0.01],[0.01,0.02]……,[0.09,0.1]中的哪一個內(nèi),設γ在[0,0C2,0.0C2+0.01]內(nèi),那么C.C1C2就是α精確到0.01的近似值。如此繼續(xù),可求得α的達到給定精確度的近似值。并知道上面的變換x=c+y,由f(x)得到?(y),可列豎式作連續(xù)綜合除法容易地得到,⑦會用牛頓法(切線法)求實系數(shù)一元高次方程f(x)=0實根的近似值:設f(x)沒有重根,它在[a,b]上有一個根α,沒有其它根,f′(x)與f″(x)在[a,b]內(nèi)符號不變,那么f(x)與f″(x)總在[a,b]的一端上有相同的符號,用x0表示這個端點。用y=f(x)上過點(x0,f(x0))的切線和x軸交點的橫坐標x1,作為曲線y=f(x)與x軸交點的橫坐標α的近似值,有x1=重復上述過程,就求得方程f(x)=0的根α的逐次近似值:xi+1知道用如上方法所得的近似值序列x1,x2,……xn,…收斂于α,故可求得α的有事先給定精確度的近似值。⑧會用線性插值法(弦線法,拉格朗日法)求實系數(shù)一元高次方程f(x)=0的近似值:設f(x)在[a,b]內(nèi)只有一個實根,(所要滿足的其它條件同“牛頓法”中所述),f″(x)與f(x)總在[a,b]的一個端點上有相異的符號(與牛頓法相反),用x0表示這個端點,作為α的初始近似值(也是以下迭代中的初始值),用A、B分別表示點(a,f(a))與(b,f(b)),以弦線AB代替曲線y=f(x)在AB間的一段,以AB與x軸交點的橫座標x1作為曲線y=f(x)與x軸交點的橫坐標α的近似值。重復以上過程,即得α的逐次近似值。若f(a)與f″(a)異號,則取a為x0,迭代公式為:xi+1=xi-i=0,1,2……若f(b)與f″(b)異號,則取b為x0,迭代公式為;知道用如上方法所得近似值序列x1,x2…xn,…收斂于α,故用弦線法可求出α的有事先給定精確度的近似值。⑨知道在實際計算中,切線法和弦線性可聯(lián)合使用,它們的近似值序列分別是從曲線的凸與凹的一面單調(diào)收斂于α,精確度好估算。⑩知道牛頓法和線性插值法也適用于連續(xù)且二階可導的一元實函數(shù)。 |
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