如何表示这个方程的个根简单方程背后的公式(次方程有个根)
导语:如何表示这个方程的n个根?简单方程背后的高深数学
稍微懂点数学的同学可能知道n次多项式应该有n个根。即如下形式的多项式,
有n个解。让我们看一个简单的例子,
我们可以将其分解为,
这三个因子中至少有一个是零,因此x = -2, x = -1, x = 5就是这个三次多项式的根。另一种求这类多项式根的方法是画出它们的图形,并寻找图形与x轴相交的点,在上面的例子中,我们可以看到预期的三个这样的点,
然而,当我们看一个非常简单的n次多项式时,很难看出它怎么会有n个根,
以下是1≤n≤6时的多项式的图形,
可以看到,图中只显示了奇数次的一个根,以及偶数次的只有两个根(x =±1)。对于n = 1和n = 2,这很好,但对于n≥3,其他根在哪里?
复根和欧拉公式
这个难题的答案可以通过对多项式因式分解来找到,例如n=3的情况,
第一个因子告诉我们可以在图上看到的根(x=1),第二个因子(二次多项式)没有实根。这个二次方程的根是复数。因为这些根不是实数,所以它们不会出现在标准的实数x-y图中。
但是如果我们更仔细地观察复根的实部和虚部,会发现一些有趣的东西。实部的绝对值是1/2虚部的绝对值是
注意,1、根号3和2是角为π/3的直角三角形的边,因此cos(π/3) = 1/2,sin(π/3) =√3/2。因此这里的复根是
和
我们看到,所有三个根都可以由公式得到,
对应于k = 0,1,2。这对熟悉欧拉公式的人来说可能很熟悉,
由此我们可以得出这样的结论:
对于k = 0,1,2或者任何整数k因为这些值在复平面上绕半径为1的圆循环重复。根据这个观察,很容易将这个结果推广到任何形式的多项式:
它的根是
De Moivre定理另一种方法是使用De Moivre定理,
De Moivre定理很容易从上面的欧拉公式推导出来。现在如果我们用De Moivre定理,对于θ = 2kπ,有,
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