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一元四次方程求根公式推导完整

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一元四次方程求根公式推导完整

               x^4+bx^3+cx^2+dx+e=0,四次方程求根公式是数学代数学基本公式,由意大利数学家费拉里首次提出证明。一元四次方程是未知数最高次数不超过四次的多项式方程,应用化四次为二次的方法,结合盛金公式求解。

适用未知数最高次项的次数不大于四的多项式方程。其解法是受一元三次方程求解方法的启发而得到的。

二次方程ax²+bx+c=0,根据代数基本定理,可以设两个解x1和x2,那就可以将之写成(x-x1)(x-x2)=0,然后把它展开并对照系数便得到韦达定理

x1+x2=-b/a,x1x2=c/a,然后利用这两个式子以及二项展开式(x1-x2)²=(x1+x2)²-4x1x2,这样就能得到

x1-x2=±√(b²-4ac)/a,再联立x1+x2,就能得到二次方程求根公式

x=[-b±√(b²-4ac)]/2a。

三次方程ax³+bx²+cx+d=0,因为a肯定不为零,所以干脆就可以把方程写成

y³+ay²+by+c=0

令y=x-a/3,带入到方程式中就能消去二次项,这样就能得到方程x³+py=q,如果把p和q放入到复平面,其实这个就是一般方程。

又知道和立方公式(m+n)³=m³+n³+3mn(m+n),那么令m+n=x,m³+n³=q,3mn=-p,这样就能得到x³=q-px,然后设任意两个数a,b使得x=a+b,这样上式就变成a³+b³+3ab(a+b)+p(a+b)=q,即(p+3ab)(a+b)=q-(a³+b³),令两边都为零,这样

ab=-p/3,a³+b³=q,这样再利用一次二项展开便能得到

a³-b³=±√(q²+4p³/27),再联立a³+b³就能得到

这里根号里面部分就是判别式Δ,这样对a和b开三次根号并相加就能得到解。

笛卡尔法:一般的四次方程还可以待定系数法解,这种方法称为笛卡尔法,由笛卡尔于1637年提出。

     先将四次方程化为x^4+ax^3+bx^2+cx+d=0的形式。

令x=y-a/4,整理后得到y^4+py^2+qy+r=0 (1)

设y^4+py^2+qy+r=(y^2+ky+t)(y^2-ky+m)=y^4+(t+m-k^2)y^2+k(m-t)y+tm

比较dy对应项系数,得t+m-k^2=p,k(m-t)=q,tm=r

设k≠0,把t和m当作未知数,解前两个方程,得t=(k^3+pk-q)/(2k),m=(k^3+pk+q)/(2k)

再代入第三个方程,得((k^3+pk)^2-q^2)/(4k^2)=r 。

即k^6+2pk^4+(p^2-4r)k^2-q^2=0

解这个方程,设kο是它的任意一根,tο和mο是k=ko时t和m的值那么方程(1)就成为 (y^2+koy+to)(y^2-koy+mo)=0

解方程y^2+koy+to=0和y^2-koy+mo=0就可以得出方程(1)的四个根,各根加上-4/a就可以得出原方程的四个根。