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韦达定理及其应用

时间:2023-07-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:+an=0,a0≠0,x1,x2,…

韦达定理及其应用

韦达定理说明了一元二次方程中根和系数之间的关系.

弗朗索瓦·韦达1615年在著作《论方程的识别与订正》中建立了方程根与系数的关系,提出了这条定理.由于韦达最早发现代数方程的根与系数之间有这种关系,人们把这个关系称为韦达定理.

韦达(法1540—1603)

韦达定理:在一元二次方程ax2+bx+c=0(a,b,c∈R,a≠0)中,两根x1,x2有如下关系

证明:事实上,ax2+bx+c=a(x-x1)(x-x2)=ax2-a(x1+x2)x+ax1x2,所以由对应系数相等得

无论方程有无实数根,实系数一元二次方程的根与系数之间适合韦达定理.

韦达定理逆定理:如果两数α和β满足如下关系那么这两个数α和β是方程ax2+bx+c=0(a,b,c∈R,a≠0)的根.

通过韦达定理的逆定理,可以利用两数的和积关系构造一元二次方程.

韦达定理不仅可以说明一元二次方程根与系数的关系,还可以推广说明一元三次、一元n次方程根与系数的关系.

设一元三次方程ax3+bx2+cx+d=0,a≠0,x1,x2,x3是其三个根,则有

事实上,据假设有ax3+bx2+cx+d=a(x-x1)(x-x2)(x-x3

=ax3-a(x1+x2+x3)x2+a(x1x2+x2x3+x3x1)x-x1x2x3

所以由对应系数相等得

同理,设一元n次方程a0xn+a1xn-1+a2xn-2+…+an=0,a0≠0,x1,x2,…,xn是其n个根,则有(www.xing528.com)

现在我们来看两个应用的例子.

问题1 已知a,b,c∈R,证明a,b,c为正数的充分必要条件是

必要性显然,考察充分性.

观察命题的条件,可以看到a+b+c,ab+bc+ca,abc恰好是a,b,c的一次、二次、三次轮换对称式,这就使我们联想到一元三次方程根与系数的关系.

令a+b+c=p,ab+bc+ca=q,abc=r,则a,b,c为方程f(x)=x3-px2+qx-r的三个根.这样,就可以用反证法证明如下:

设a,b,c不全大于零,不失一般性,可以设x=a≤0,则因为p,q,r>0,不管是a<0还是a=0均可推得

f(a)=a3-pa2+qa-r<0.

这与a是方程f(x)=0的根矛盾.

所以f(x)=0的三个根必完全为正数.

问题2 解方程组

按常规思维,可用加减法或行列式法求解,但计算冗繁.仔细观察发现上述三式形式非常统一即都具有x+ay+a2z+a3=0(其中a=2,3,4)的形态,于是可视常数2,3,4为变量的不同取值,构造关于t的三次方程:t3+t2z+ty+x=0,则t=2,3,4是方程的根.

从而由一元三次方程根与系数的关系知:

z=-(2+3+4)=-9;y=2×3+4×3+2×4=26,x=-2×3×4=-24.

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