Автор Тема: Кардано и ...  (Прочитано 197 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4517
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2176/-934
  • Пол: Мужской
Кардано и ...
« : 30 Октябрь 2022, 21:30:31 »
Везде война и у меня на форуме война.
Физики занимаютя релятивизмом и войной между собой. Ну и пусть.

Но математика остаётся.

Я сделал синтез задач кубических уравнений
Одно из них

\(x^3-54x+108=0\)

Найти точные значения корней двумя способами. Опять через радикалы.

Большой Форум

Кардано и ...
« : 30 Октябрь 2022, 21:30:31 »
Загрузка...

Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4517
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2176/-934
  • Пол: Мужской
Re: Кардано и ...
« Ответ #1 : 01 Ноябрь 2022, 19:39:44 »

\(x^3-54x+108=0\)

Найти точные значения корней двумя способами. Опять через радикалы.

РЕШЕНИЕ
1. СПОСОБ ПО ФОРМУЛЕ Кардано
x=A+B
\(A=\sqrt[3]{-\frac{q}{2}+\sqrt{Q}}\)
\(B=\sqrt[3]{-\frac{q}{2}-\sqrt{Q}}\)
\(Q=\left (  \frac{p}{3}\right )^3+\left(\frac{q}{2}\right)^2\)

В данном примере \(Q=\left (  \frac{-54}{3}\right )^3+\left(\frac{108}{2}\right)^2=-5832+2916<0\)
\(A=\sqrt[3]{-\frac{q}{2}+i\sqrt{\left ( - \frac{p}{3}\right )^3-\left(\frac{q}{2}\right)^2}}\)
\(B=\sqrt[3]{-\frac{q}{2}-i\sqrt{\left ( - \frac{p}{3}\right )^3-\left(\frac{q}{2}\right)^2}}\)

Модуль подкоренного кубического выражения
\(M=\sqrt{\left ( -\frac{q}{2} \right )^2+\left ( -\frac{p}{3} \right )^3-\left ( \frac{q}{2} \right )^2}=\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )^3}\)

Косинус аргумента

\(Cos\alpha =-\frac{q}{2M}\)
...


Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4517
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2176/-934
  • Пол: Мужской
Re: Кардано и ...
« Ответ #2 : 02 Ноябрь 2022, 14:01:20 »
\(А = \sqrt [ 3 ] { M e ^ { i(\alpha +2\pi n) } } =\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )} e ^ { i(\frac{\alpha}{3} +\frac{2\pi n}{3}) } \)
\(B = \sqrt [ 3 ] { M e ^ { -i(\alpha +2\pi n) } } =\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )} e ^ { -i(\frac{\alpha}{3} +\frac{2\pi n}{3}) } \)
n=0,1,2

при n=0
\(A_1 =\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )} e ^ { i(\frac{\alpha}{3} ) } \)

\(B_1 =\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )} e ^ { -i(\frac{\alpha}{3} ) } \)

Первый корень
\(x_1=A_1+B_1=\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )}(e ^ { i(\frac{\alpha}{3} ) }+e ^ { -i(\frac{\alpha}{3} ) })\)
\(x_1=\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )}\left[cos{ (\frac{\alpha}{3} ) }+isin{ (\frac{\alpha}{3} ) }+cos{ (\frac{\alpha}{3} ) }-isin{ (\frac{\alpha}{3} ) }\right]\)

\(x_1=2\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )}cos{ (\frac{\alpha}{3} ) }\)

n=1
\(x_2=2\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )}cos{ (\frac{\alpha}{3} +\frac{2\pi}{3}) }\)

n=2
\(x_3=2\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )}cos{ (\frac{\alpha}{3} +\frac{4\pi}{3}) }=2\sqrt{\left ( -\frac{p}{3} \right )}cos{ (\frac{\alpha}{3} -\frac{2\pi}{3}) }\)

...

Оффлайн Дробышев

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 558
  • Страна: su
  • Рейтинг: +128/-374
Re: Кардано и ...
« Ответ #3 : 11 Ноябрь 2022, 21:00:22 »
Если вдруг нет под рукой справочника (или гаджета) с формулой Кардано...

Смотрим коэффициент при \(x\) - он равен \(p=-54\) и используем замену \(x=y-p/(3y)=y+18/y\) (метод Виета):

\((y+18/y)^3 -54(y+18/y) +108=0, \qquad y^3+3\cdot 18y+3\cdot 18^2/y +18^3/y^3 -54y -54\cdot 18/y +108=0,\)
\(y^3+18^3/y^3 +108=0, \qquad y^6 +108 y^3 +18^3 =0, \qquad D=54^2-18^3=18^2(9-18)=-54^2, \qquad y^3=-54\pm 54i.\)

Неважно, какой знак брать - берем плюс: \( y^3=-54+54i =54\sqrt{2} e^{i 3\pi/4}= 54\sqrt{2} e^{i 3\pi/4 +2\pi i}
=54\sqrt{2} e^{i 3\pi/4 +4\pi i}.\) Тогда

\(y_1 =3\sqrt{2} e^{i \pi/4}, \qquad y_2=3\sqrt{2} e^{i \pi/4 + i 2\pi/3}, \qquad y_3=3\sqrt{2} e^{i \pi/4 + i 4\pi/3},  \qquad 18/(3\sqrt{2}) =3\sqrt{2},\)

\(x_1=y_1+18/y_1 =3\sqrt{2}( e^{i \pi/4}+ e^{-i \pi/4}) =6\sqrt{2}\cos(\pi/4)=6, \)

\(x_2=y_2+18/y_2 =3\sqrt{2}( e^{i \pi/4 + i 2\pi/3}+ e^{-i \pi/4 - i 2\pi/3}) =6\sqrt{2}\cos(\pi/4 + 2\pi/3)= 6\sqrt{2} (\cos(\pi/4)\cos(2\pi/3) - \sin(\pi/4)\sin(2\pi/3))=\)
\( \qquad \qquad = 6 (\cos(2\pi/3) - \sin(2\pi/3)) = -3(\sqrt{3}+1), \)

\(x_3=y_3+18/y_3 =3\sqrt{2}( e^{i \pi/4 + i 4\pi/3}+ e^{-i \pi/4 - i 4\pi/3}) =6\sqrt{2}\cos(\pi/4 + 4\pi/3)= 6\sqrt{2} (\cos(\pi/4)\cos(4\pi/3) - \sin(\pi/4)\sin(4\pi/3)) =\)
\( \qquad \qquad = 6 (\cos(4\pi/3) - \sin(4\pi/3)) = 3(\sqrt{3}-1). \)

Итак \(x_1=6,\) \(x_2= -3(\sqrt{3}+1),\) \(x_3=3(\sqrt{3}-1).\) Вот и всё.

Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4517
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2176/-934
  • Пол: Мужской
Re: Кардано и ...
« Ответ #4 : 12 Ноябрь 2022, 19:50:41 »
СПОСОБ РЕШЕНИЯ ПО ТЕОРЕМЕ Безу
\(x^3-54x+108=0\)

По теореме Виета
\(x_1x_2x_3=-108\)
То есть один из корней является делителем числа 108
То есть один из корней может быть \(\pm 1;\pm 2;\pm 3;\pm 4;\pm 6; \pm 9;...\)
Для нашего примера подходит корень
\(x_1=6\)
Подставим в наше уравнение и убедимся в правильности подбора.

Теперь разделим столбиком левую часть нашего уравнения на (x-6)

                        x^3-54x+108|x-6
               x^3-6x^2                 |-------------------
                ------------                   x^2+6x-18
                       6x^2-54x
                       6x^2-36x
                       ---------------
                                 -18x+108
                                 -18x+108
                                   --------------
                                        0
Итак, мы получили
\(x^3-54x+108=(x-6)(x^2+6x-18)\)
Найдём корни уравнения
\(x^2+6x-18=0\)
\(x_{2,3} =-3\pm \sqrt{9+18}=-3\pm \sqrt{27}=-3\pm \sqrt{3*9}=-3\pm 3\sqrt{3}\)

\(x_{2} =-3- 3\sqrt{3}=-3(\sqrt{3}+1)\)
\(x_{3} =-3+ 3\sqrt{3}=3(\sqrt{3}-1)\)

Проверим по формуле Виета
\(x_1x_2x_3=-108\)
\(x_2x_3=-108/6=-18\)

Наши полученные корни
\(x_2x_3=(-3(\sqrt{3}+1))(3(\sqrt{3}-1))=-18\)





Большой Форум

Re: Кардано и ...
« Ответ #4 : 12 Ноябрь 2022, 19:50:41 »
Loading...