Algebra-求多項式的根

簡介:本文介紹一些求多項式時的方法以及會需要用到的性質。

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代數基本定理:任何一個一元複係數多項式都至少有一個複數根。

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一次因式檢驗法(牛頓法):用於找尋一整係數多項式可能的一次因式的方法。

給定一整係數多項式,其最大項係數a與最小項係數b的因數,可個別寫成ax+b的形式,其中ab是整數且互質,則ax+b有可能是該多項式的一次因式。

註:此定理之逆定理不成立。

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虛根成對定理:在一複係數多項式中,若其有虛根則其必成對。

註:在一有理係數多項式中,若有平方根之無理根存在,則其也必成對,但二次以上根號的情況則不成立。這個定理我們可以透過一元二次方程式的求根公式來觀察。

一元二次方程式的求根公式:


例:


















解法(1)將(1+i)代入f(x),並分實部與虛部討論,可得a+c+d=3;進而,我們將(1-i)代入f(x),可由前面得到的結論發現兩者實部皆為3,而虛部方面則因條件不足而無法判斷,進而發現此選項為非。

(2)觀察一元三次方程式的求根公式,我們可以發現帶有立方根之無理根並不會成對出現,故此選項為非。

(3)根據一次因式檢驗法的條件,a、d並未滿足互質的性質,故此選項不一定成立。

(4)觀察a、b、c、d皆為正整數時的多項式圖形及三次函數的奇偶性,在d>0時,函數圖形至少在x軸左端有一交點,故此選項對。

(5)假設三根為α、β、γ,則x=α、β、γ,又f(x^3)=0→x^3=α、β、γ,x=α^1/3、β^1/3、γ^1/3,可知亦有三相異正實數根,故此選項對。

故選(4)、(5)。


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勘根定理:給定一實係數多項式,若f(a)f(b)<0,則該多項式在a、b間有奇數個實根;若f(a)f(b)>0,則該多項式在a、b間偶數個實根(也有可能沒有)。

可由下列圖片來觀察(黑線說明兩者乘積大於零,棕線則說明兩者乘積小於零的情況):


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韋達定理:給定一實係數二次多項式,對於其兩根α、β,我們有:


推廣到三次也一樣適用,對於其三根α、β、γ,我們有:


可從中發現它的規律,並進而向高次多項式推廣,且其逆定理也成立。

例:設a為實數,令α、β為二次方程式
的兩個根。試問當a為何值時,abs(α−β) 有最小值?【指考乙 93】






解法
可由韋達定理知:α + β = −αβ = − 2,進而我們可以利用下列等式來處理問題:



因此,透過配方法,我們可以得到:



a=2時,abs(α−β)有最小值 sqrt(4)=2


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笛卡兒符號法則:用於確定多項式的正根或負根的個數的方法。

如果把一元實係數多項式按降冪方式排列,則多項式的正根的個數等於相鄰的非零係數的符號的變化次數,或者比它依次小2的整倍數;而負根的個數則是把所有奇數次項的係數變號以後,所得到的多項式的符號的變化次數,或者比它小2的整倍數。

例如:


我們可以觀察到,第二項及第三項間有一個符號變化,因此該多項式正好有一正根。

進而,我們將奇數項變號,會得到:


我們可以觀察到,總共有兩次的符號變化,因此變號後的多項式可能有2個正根或0個正根。

而原來的多項式則有2個負根或0個負根。例行地,我們將多項式分解,可以得到:


確實,原多項式有1-1(重根)等三根。




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