ЗМІСТ
1. |
Вступ |
|
|
2. |
Квадратні рівняння ……………………………………………….. |
4 |
|
|
2.1 |
Розв’язування квадратних рівнянь за допомогою дискримінанту ……………………………………………... |
4 |
|
2.2 |
Пряма та обернена теорема Вієта ………………………… |
5 |
3 |
Теорема Безу та її наслідки ……………………………………… |
9 |
|
|
3.1. |
Життєвий та творчий шлях Етьєна Безу …………………. |
9 |
|
3.2. |
Теорема Безу …………………..………….……….………. |
10 |
|
3.3. |
Наслідки з теореми Безу ………………………..…………. |
11 |
|
3.4 |
Приклади застосування теореми Безу ……………………. |
13 |
4. |
Висновки ………………………………………………………..… |
18 |
|
|
Перелік використаних джерел ………………………..……….… |
19 |
ВСТУП
Про математику, її історію, особливості, неповторну красу можна говорити нескінченно. Любов до цієї науки стає ще більше, коли побачиш не тільки саму науку, а й тих, хто цілком присвятив себе великій справі і висвітлював в ній шлях далеко вперед.
Творці науки – це люди, що відрізняються винятковою цілеспрямованістю, відданою працею, відповідальністю перед людством за результати своїх досліджень. Творці математики – це люди з дивовижними долями, з сильними характерами, котрі долають труднощі і негаразди.
Важко розв'язувати рівняння третього степеня і вище. Розкладання лівої частини рівняння на множники, якщо права частина дорівнює нулю, – найпоширеніший метод вирішення самих різних рівнянь. Тут немає загальних рецептів. Багато чого залежить від уміння, кмітливості, спостережливості і досвіду.
Але такі рівняння не завжди можна розкласти на множники. Одним з методів, які допомогли вирішувати рівняння високих степенів, є теорема Безу.
Методи вивчення: опрацювання джерел інформації про вклад ученого в розвиток математики, теорема Безу та її наслідки.
РОЗДІЛ 2
КВАДРАТНІ РІВНЯННЯ
2.1 Розв’язування квадратних рівнянь за допомогою дискримінанту
Квадратним рівнянням називається рівняння вигляду
ax2 + bx + c = 0 (a0), (2.1.1)
де х – змінна, a, b, c – деякі числа, причому
Числа a, b, c називають коефіцієнтами квадратного рівняння: а – перший коефіцієнт, b – другий коефіцієнт, с – вільний член.
Якщо , рівняння називається зведеним квадратним рівнянням. Наприклад: x2 – 6x + 1 = 0.
Якщо , рівняння називається не зведеним квадратним рівнянням. Наприклад: 3x2 – 8x + 15 = 0.
Якщо у квадратному рівнянні хоча б один із коефіцієнтів b або с дорівнює 0, то таке рівняння називається неповним квадратним рівнянням.
Наприклад: x2 + 15 = 0.
Способи розв’язування неповних квадратних рівнянь:
Розглянемо повне квадратне рівняння ax2 + bx + c = 0 (a0). Корені даного рівняння знаходять за формулою:
(2.1.2)
Вираз b2 – 4ac називається дискримінантом і позначається літерою D.
1. Якщо D < 0, рівняння не має дійсних коренів.
2. Якщо D = 0, рівняння має один корінь:
(2.1.3)
3. Якщо D > 0, рівняння має два корені:
(2.1.4)
Для квадратних рівнянь із парним другим коефіцієнтом зручніше користуватися формулою:
(2.1.5)
Тоді для , маємо
(2.1.6)
Наприклад:
D = 262 – 4·120·1 = 676 – 480 = 196 > 0 – рівняння має два корені
,
D = (-12)2 – 4·9·4 = 144 – 144 = 0 – рівняння має один корінь
D = 12 – 4·6·1 = 1 – 24 = – 23 – рівняння не має дійсних коренів
Теорема Вієта – формули, що виражають коефіцієнти многочлена через його корені. Ці формули зручно використовувати для перевірки правильності знаходження коренів та для задання многочлена з визначеними властивостями.
Теорема Вієта: Сума коренів зведеного квадратного рівняння дорівнює другому коефіцієнту, взятому з протилежним знаком, а добуток коренів дорівнює вільному члену.
Доведення теореми:
Нехай х1 та х2 – корені зведеного квадратного рівняння x2 + px + q = 0, дискримінант якого D = p2 – 4q.
Якщо D > 0, то рівняння має два корені:
та (2.2.1)
Якщо D = 0, то рівняння має два однакових корені:
(2.2.2)
Знайдемо суму та добуток коренів:
(2.2.3)
(2.2.4)
Отже, ; . Теорему доведено.
Використовуючи теорему Вієта, можна записати відповідні формули і для коренів будь-якого незведеного квадратного рівняння ax2 + bx + c = 0 (a0).
Оскільки a0, поділимо обидві частини рівняння на а. Одержимо зведене квадратне рівняння:
(2.2.5)
Тоді за теоремою Вієта:
; (2.2.6)
Наприклад:
Розв’язування: Знайдемо дискримінант рівняння, щоб пересвідчитись, що корені існують: D = 52 – 4·3·(-7) > 0 – рівняння має два корені х1 та х2. Отже, за теоремою Вієта:
;
Відповідь: та .
Розв’язування: Нехай х1 = 3 – один із коренів рівняння, а х2 – другий його корінь. За теоремою Вієта: ; . Ураховуючи, що х1 = 3, маємо:
Відповідь: , .
Теорема, обернена до теореми Вієта: Якщо деякі два числа m і n такі, що їхня сума дорівнює другому коефіцієнту зведеного квадратного рівняння, узятому з протилежним знаком, а їхній добуток дорівнює його вільному члену, то дані числа є коренями цього зведеного квадратного рівняння x2 + px + q = 0.
Доведення оберненої теореми:
За умовою ; . Тому рівняння x2 + px + q = 0 можна записати наступним чином:
x2 – (m + n)x + mn = 0.
Перевіримо, чи є число m коренем цього рівняння, для цього підставимо в ліву частину рівняння замість змінної х число m. Одержимо:
m 2 – (m + n)m + mn = m 2 – m2 – nm + mn = 0.
Отже, m – корінь цього рівняння.
Аналогічно, підставимо в ліву частину рівняння замість змінної х число n. Одержимо:
n 2 – (m + n)n + mn = n 2 – n 2 – nm + mn = 0,
тобто n – також корінь цього рівняння.
Отже, m і n – корені рівняння x2 + px + q = 0, що й треба було довести.
Під час розв'язування треба також враховувати такі висновки з теореми Вієта:
Наприклад:
Розв’язування: Шукане квадратне рівняння має вигляд x2 + px + q = 0. За теоремою, оберненої до теореми Вієта:
p = – (х1 + х2) = – (–5 + 2) = 3
q = х1 · х2 = –5 · 2 = –10.
Отже, x2 + 3x – 10 = 0 – шукане рівняння.
Відповідь: x2 + 3x – 10 = 0
За теоремою Вієта: х1 х2 = – 9; х1 + х2 = 8; 9 = 1 . 9 = 3 . 3. Очевидно, що 8 = 9 + (-1).
Відповідь: х1 = -1; х2 = 9.
РОЗДІЛ 3
ТЕОРЕМА БЕЗУ ТА ЇЇ ЗАСТОСУВАННЯ
3.1 Життєвий та творчий шлях Етьєна Безу
Етьєн Безу (фр. Etienne Bezout) – французький математик, член Паризької Академії Наук (з 1758 року) народився 31 березня 1730 року в Немурі, Франція. Життя його сім’ї було пов’язане з політикою, його батько і дід служили в якості окружних суддів. Замість того, щоб слідувати їх прикладу, Безу, на якого у ранньому віці вплинув Леонард Ейлер, вибрав кар’єру математика.
У віці 28 років, Безу став членом Паризької Академії Наук. З 1763 року викладав математику в училище гардемаринів, а з 1768 року почав працювати з кандидатами в артилерійські офіцери.
Основні роботи Етьєна Безу відносяться до вищої математики, вони присвячені створенню теорії розв’язання алгебраїчних рівнянь. У теорії розв’язання систем лінійних рівнянь він сприяв виникненню невідомих з систем рівнянь вищих степенів, довів теорему (вперше сформульовану К. Маклореном) про те, що дві криві порядку m і n перетинаються не більше ніж в mn точках.
Багато сучасників захоплювалися Безу, його вмінням просто пояснювати складні питання. Однак знайшлися й такі, що звинувачували його спрощений підхід до дисципліни. Справді, Безу займався розв’язування алгебраїчних рівнянь, пов’язаних з використанням детермінантів, не зупиняючись на теорії методу.
Хоча він провів важливі дослідження в області алгебраїчних рівнянь, Етьєн Безу пам’ятають, перш за все, за його внесок у математичну освіту. У Франції та за її кордоном до 1848 року був дуже популярний його шеститомний «Курс математики», написаний ним в 1764-1769 роках, якраз тоді, коли працював учителем французьких військових. Викладаючи, Безу був переконаний, що для підготовки артилерійських офіцерів краще відмовитись від теоретичного підходу на користь практичного, і в результаті з’явився дуже зрозумілий підручник. Цей підручник свого часу вплинув на викладання математики по обидві сторони Атлантики.
Безу розвинув метод невизначених множників, у елементарній алгебрі його ім’ям названо спосіб розв’язання систем рівнянь, заснованих на цьому методі та одна з основних теорем алгебри.
Безу помер 27 вересня 1783 року в Бас-Логес, Франції, за шість років до Французької революції, революції соціальних, наукових та інтелектуальних знань країни. Але його вплив поширився далеко в наступні століття.
3.2 Теорема Безу
Теорему Безу: Остача від ділення многочлена Pn(x) на двочлен (x-a) дорівнює значенням цього многочлена при x = a.
Нехай Pn(x) – даний многочлен степеня n, двочлен (x-a) – його дільник, Qn-1(x) – частка від ділення Pn(x) на x – a (многочлен степеня n-1), R – остача від ділення (R не містить змінної x як дільник першого степеня відносно x).
Доведення:
Відповідно до правила ділення многочленів із остачею можна записати:
Pn(x) = (x – а) Qn-1(x) + R. (3.2.1)
Звідси при x = a:
Pn(a) = (a – a)Qn-1(a) + R = 0 · Qn-1(a) + R = 0 + R = R. (3.2.2)
Отже, R = Pn(a), тобто остача від ділення многочлена на (x – a) дорівнює значенню цього многочлена при x = a, що й потрібно було довести.
3.3 Наслідки з теореми Безу
Наслідок 1: Остача від ділення многочлена Pn(x) на двочлен ax + b дорівнює значенню цього многочлена при x = -b/a, тобто R = Pn(-b/a).
Доведення:
Відповідно до правила ділення многочленів:
Pn(x)= (ax + b) · Qn-1(x) + R. (3.3.1)
При x= -b/a:
Pn (-b/a) = (a · (-b/a) + b) · Qn-1(-b/a) + R = (-b + b)·Qn-1(-b/a) + R = R.
Отже, R = Pn (-b/a), що й потрібно було довести.
Наслідок 2: Якщо число a є коренем многочлена P(x), то цей многочлен ділиться на (x – a) без остачі:
Доведення:
За теоремою Безу остача від ділення многочлена P(x) на x – a дорівнює P(a), а за умовою a є коренем P(x), а це означає, що P(a) = 0, що й потрібно було довести.
З цього наслідку теореми Безу видно, що задача розв’язування рівняння P(x) = 0 рівносильна задачі виділення дільників многочлена P, маючих перший степінь (лінійні дільники).
Наслідок 3: Якщо многочлен P(x) має попарно різні корені a1, a2, … ,an, то він ділиться на добуток (x – a1)…(x – an) без остачі.
Доведення:
Проведемо доведення за допомогою математичної індукції за кількістю коренів. При n=1 твердження доведено у наслідку 2. Нехай воно доведено для випадку, коли кількість коренів дорівнює k, це означає, що P(x) ділиться без остачі на (x – a1)(x – a2)…(x – ak), де a1, a2,…,ak – його корені.
Нехай P(x) має k+1 попарно різних коренів. За припущенням індукції a1, a2, ak … , ak+1, є коренями многочлена, а, отже, многочлен ділиться на добуток (x – a1)…(x – ak), звідки виходить, що Р(x) = (x – a1)…(x – ak)Q(x).
При цьому ak+1 – корінь многочлена P(x), тобто P(ak+1) = 0. Отже, підставляючи замість x – ak+1, отримуємо правильну рівність:
P(ak+1) = (ak+1 – a1) … (ak+1 – ak)Q(ak+1) = 0.
Але ak+1 відмінне від чисел a1, a2,…,ak, і тому жоден з чисел ak+1 – a1, ,…, ak+1 – ak не дорівнює 0. Отже, нулю дорівнює Q(ak+1), тобто ak+1 – корінь многочлена Q(x). А з наслідку 2 виходить, що Q(x) ділиться на x – – ak+1 без остачі.
Q(x) = (x – ak+1)Q1(x), і тому P(x) = (x – a1) … (x – ak)Q(x) = = (x – a1)…(x – ak)(x – ak+1)Q1(x).
Це означає, що P(x) ділиться на (x – a1) … (x – ak+1) без остачі.
Отже, доведено, що теорема правильна при k=1, та з її справедливості при n=k випливає, що правильна і при n=k+1. Отже, теорема правильна незалежно від кількості коренів, що й потрібно було довести.
Наслідок 4: Многочлен степеня n має не більш n різних коренів
Доведення:
Скористаємося методом від супротивного: якщо би многочлен Pn(x) степеня n мав би більш, ніж n коренів – n+k (a1, a2,…,an+k – його корені), тоді за раніше доведеним наслідком 3 він би ділився на добуток (x – a1)…(x – an+k), має степінь n+k, що неможливо. Ми отримали протиріччя, отже наше припущення не вірне і многочлен степеня n не може мати більш, ніж n коренів, що й потрібно було довести.
Наслідок 5: Для будь-якого многочлена P(x) і числа a різниця (P(x) – P(a)) ділиться без остачі на двочлен (x – a).
Доведення:
Нехай P(x) – даний многочлен степеня n, a – будь-яке число. Многочлен Pn(x) можна представити у вигляді:
Pn(x) = (x – a)Qn-1(x) + R, де Qn-1(x) – многочлен, частка від ділення Pn(x) на (x – a), R – остача від ділення Pn(x) на (x – a). Причому за теоремою Безу: R = Pn(a), тобто Pn(x) = (x – a)Qn-1(x) + Pn(a).
Звідси Pn(x) – Pn(a) = (x – a)Qn-1(x), але це і означає ділення без остачі (Pn(x) – Pn(a)) на (x – a), що й потрібно було довести.
Наслідок 6: Число a є коренем многочлена P(x) степеня не нижче першого тоді і тільки тоді, коли P(x) ділиться на (x – a) без залишку.
Доведення:
Щоб довести цю теорему потрібно розглянути необхідність, і достатність сформульованої умови.
Необхідність: Нехай a – корінь многочлена P(x), тоді з наслідку 2 P(x) ділиться на (x – a) без остачі.
Таким чином, подільність P(x) на (x – a) є необхідною умовою для того, щоб a було коренем P(x), так як є наслідком з цього.
Достатність: Нехай многочлен P(x) ділиться без остачі на (x – a), тоді R = 0, де R – остача від ділення P(x) на (x – a), але за теоремою Безу R = P(a), звідки виходить, що P(a) = 0, а це означає, що a було коренем P(x).
Отже, подільність P(x) на (x – a) є достатньою умовою того, щоб a є коренем P(x).
Подільність P(x) на (x – a) є необхідною і достатньою умовою для того, щоб a було коренем P(x), що й потрібно було довести.
3.4 Приклади застосування теореми Безу
При розв’язуванні рівнянь за допомогою теореми Безу необхідно:
Приклад 1: Знайти остачу від ділення многочлена x3 – 3x2 + 6x – 5 на двочлен x – 2.
Розв’яжемо рівняння: x – 2 = 0 => x = 2
За теоремою Безу: R = f(2) = 23 – 3·22 + 6·2 – 5 = 8 – 12 + 12 – 5 = 3.
Відповідь: R = 3.
Приклад 2: Знайти остачу від ділення многочлена 32x4 – 64x3 + 8х2 + 36x + + 4 на двочлен 2x – 1.
Розв’яжемо рівняння: 2x – 1 = 0 => 2x = 1 => x = 1/2
За теоремою Безу: R = f(1/2) = 32·(1/2)4 – 64·(1/2)3 + 8·(1/2)2 + 36·1/2 + 4 = 2 – – 8 + 2 + 18 + 4 = 18.
Відповідь: R = 18.
Приклад 3: При якому значенні a многочлен x4 + ax3 + 3x2 – 4x – 4 ділиться без остачі на двочлен x – 2?
Розв’яжемо рівняння: x – 2 = 0 => x = 2
За теоремою Безу: R = f(2) = 24 + a·23 + 3·22 – 4·2 – 4 = 8a + 16. Але за умовою R = 0, значить 8a +16 = 0, звідси a = -2 .
Відповідь: a = -2.
Приклад 4: При яких значеннях a і b многочлен ax3 + bx2 – 73x + 102 ділиться на тричлен x2 – 5x + 6 без остачі?
Розкладемо дільник на множники: x2 – 5x + 6 = (x – 2)(x – 3). Оскільки двочлен x-2 і x-3 взаємно прості, то даний многочлен ділиться на x-2 і на x-3, а це означає, що за теоремою Безу:
R = f (2) = 8a + 4b – 146 + 102 = 8a + 4b – 44 = 0
R = f (3) = 27a + 9b – 219 + 102 = 27a + 9b – 117 = 0
Вирішимо систему рівнянь:
Відповідь: a = 2, b = 7.
Приклад 5: Розв’язати рівняння x4 + 3x3 – 13x2 – 9x + 30 = 0.
Дільники числа 30: ± 1; ± 2, ± 3, ± 5, ± 6, ± 10, ± 15, ± 30.
R = f (1) = 14 + 3·13 – 13·12 – 9·1 + 30 = 1 + 3 – 13 – 9 + 30 = 12.
R = f (-1) = (-1)4 + 3·(-1)3 – 13·(-1)2 – 9·(-1) + 30 = 1 – 3 – 13 + 9 + 30 = 24.
R = f (2) = 24 + 3·23 – 13·22 – 9·2 + 30 = 16 + 24 – 52 – 18 + 30 = 0.
Даний многочлен ділиться на x-2 без остачі:
_ х4 + 3x3 – 13x2 – 9x + 30 x – 2
x4 – 2x3 x3 + 5x2 – 3x – 15
_ 5х3 – 13x2
5x3 – 10x2
_ -3x2 – 9x
-3х2 + 6x
_ -15x + 30
-15х + 30
0
(х – 2) (x3 + 5x2 – 3x – 15) = (х – 2)(x + 5)(x2 – 3) = 0.
Відповідь: x1 = 2, x2 = -5, x3,4 = ±√3.
Приклад 6: Розв’язати рівняння x6 + x5 – 7x4 – 5x3 + 16x2 + 6x – 12 = 0.
Дільники числа 12: ± 1; ± 2, ± 3, ± 4, ± 6, ± 12.
За теоремою Безу:
R = f (1) = 16 + 15 – 7∙14 – 5∙13 + 16∙12 + 6∙1 – 12 = 0.
_ x6 + x5 – 7x4 – 5x3 + 16x2 + 6x – 12 x – 1
x6 – x5 x5 + 2x4 – 5x3 – 10x2 + 6x + 12
_2х5 – 7x4
2 x5 – 2x4
_– 5x4 – 5x3
– 5х4 + 5x3
_ – 10x3 + 16x2
– 10х3 + 10x2
_ 6x2 + 6x
6x2 – 6x
_ 12x – 12
12x – 12
0
x6 + x5 – 7x4 – 5x3 + 16x2 + 6x – 12 = (x – 1)(x5 + 2x4 – 5x3 – 10x2 + 6x + 12) = = 0
x5 + 2x4 – 5x3 – 10x2 + 6x + 12 = 0
Дільники числа 12: ± 1; ± 2, ± 3, ± 4, ± 6, ± 12.
За теоремою Безу:
R = f (1) = 1 + 2 – 5 – 10 + 6 + 12 = 6.
R = f (-1) = -1 + 2 + 5 – 10 – 6 + 12 = 2.
R = f (2) = 32 + 32 – 40 – 40 + 12 + 12 = 8.
R = f (-2) = -32 + 32 + 40 – 40 – 12 + 12 = 0.
_ x5 + 2x4 – 5x3 – 10x2 + 6x + 12 х + 2
x5 + 2x4 x4 – 5x2 + 6
_ 5x3 – 10x2
-5х3 – 10x2
_ 6x + 12
6x + 12
0
x6 + x5 – 7x4 – 5x3 + 16x2 + 6x – 12 = (x – 1)(х + 2)(x4 – 5x2 + 6) = 0
x4 – 5x2 + 6 = 0 – біквадратне рівняння, x1,2 = ±√3, х3,4 = ±√2.
Відповідь: x1,2 = ±√3, х3,4 = ±√2, х5 = 1, x6 = -2.
Приклад 7. Розв’язати рівняння x3 – 5x2 + 8x – 6 = 0.
Дільники числа 6: ± 1; ± 2, ± 3, ± 6.
За теоремою Безу:
R = f (1) = 1 – 5 + 8 – 6 = -2.
R = f (-1) = -1 – 5 – 8 – 6 = -20.
R = f (2) = 8 – 20 + 16 – 6 = -2.
R = f (-2) = -8 – 20 – 16 – 6 = -50.
R = f (3) = 27 – 45 + 24 – 6 = 0.
_ x3 – 5x2 + 8x – 6 x – 3
x3 – 3x2 x2 – 2x + 2
_ -2x2 + 8x
-2x2 + 6x
_ 2x – 6
2x – 6
0
x3 – 5x2 + 8x – 6 = (x – 3) (x2 – 2x + 2) = 0
x2 – 2x + 2 = 0 – квадратне рівняння, дійсних коренів немає, так як D < 0.
Відповідь: x = 3.
Приклад 8. Розв’язати рівняння 6x3 + 11x2 – 3x – 2 = 0.
Дільники числа 2: ± 1; ± 2.
За теоремою Безу:
R = f (1) = 6 + 11 – 3 – 2 = 12.
R = f (-1) = -6 + 11 + 3 – 2 = 6.
R = f (2) = 48 + 44 – 6 – 2 = 84.
R = f (-2) = -48 + 44 + 6 – 2 = 0.
_6x3 + 11x2 – 3x – 2 x + 2
6x3 + 12x2 6x2 – x – 1
_ -x2 – 3x
-x2 – 2x
_ -x – 2
-x – 2
0
6x3 + 11x2 – 3x – 2 = (6x2 – x – 1) (x +2) = 0
6x2 – x – 1 = 0 – квадратне рівняння, x1 = ½, x2 = -⅓.
Відповідь: x1 = ½, x2 = -⅓, x3 = -2.
ВИСНОВОК
Працюючи над темою «Теорема Безу та її наслідки», ми переконались, що вона надзвичайно важлива і актуальна з усіх розділів математики.
Теорема Безу – одна з основних теорем алгебри, названа ім'ям французького вченого Етьєна Безу.
Існує кілька наслідків з теореми, які допомагають при розв’язуванні практичних завдань. З розглянутих прикладів можна зробити висновок, що теорема Безу знаходить застосування при вирішенні завдань, пов'язаних з подільністю многочленів, наприклад, знаходження остачі при діленні многочленів, розкладання многочленів на множники, визначення кратності коренів тощо.
Запропонована робота дозволяє повторити всі основні прийоми розв’язування рівнянь (квадратних, третього степеня і вище), пов'язані із застосуванням теореми Безу.
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ