Równania stopnia trzeciego w postaci iloczynu
Poszukiwanie miejsc zerowych funkcji sprowadza się najczęściej do rozwiązania równania . Do tej pory rozwiązywaliśmy takie równania, w których był wielomianem stopnia pierwszego wtedy otrzymywaliśmy równanie liniowe. Jeżeli był wielomianem stopnia drugiego, otrzymywaliśmy równanie kwadratowe. Teraz dowiesz się, jak rozwiązywać niektóre z równań, w których występuje wielomian stopnia wyższego niż dwa. Nie jest to zadanie łatwe. Dla dowolnych wielomianów stopnia piątego lub wyższego takie metody w ogóle nie istnieją. Pokażemy więc, jak możesz sobie poradzić w pewnych szczególnych przypadkach.
Rozwiążemy równania:
Odejmujemy od obu stron równania liczbę i otrzymujemy równanie . Jedyną liczbą spełniającą to równanie jest .
Jedyną dodatnią liczbą, która spełnia to równanie, jest , co wynika z definicji pierwiastka. Zauważmy, że jeżeli wykładnik potęgi jest parzysty, to , co oznacza, że jeśli liczba jest rozwiązaniem równania , to również liczba jest rozwiązaniem tego równania, bo . Równanie ma zatem dwa rozwiązania oraz .
.
Zauważmy, że to równanie jest sprzeczne, gdyż lewa strona tego równania jest sumą nieujemnej liczby oraz . Jest więc nie mniejsza niż dla dowolnej liczby . Nie może więc równać się .
Dla liczby naturalnej dodatniej , większej od , oraz liczby rzeczywistej równanie ma
jedno rozwiązanie równe , gdy jest liczbą nieparzystą,
dwa rozwiązania równe oraz , gdy jest liczbą parzystą oraz jest liczbą dodatnią,
zero rozwiązań, gdy jest liczbą parzystą oraz jest liczbą ujemną.
Udowodnij, że równanie jest równaniem sprzecznym.
Zauważmy, że lewa strona równania jest sumą niedodatniej liczby , niedodatniej liczby oraz ujemnej liczby , więc jest liczbą ujemną. Nie może więc być równa 0.
Przejdziemy teraz do rozwiązywania równań, których jedna ze stron jest iloczynem wielomianów, a druga strona jest równa . Będziemy tu korzystać z faktu, że iloczyn jest równy wtedy i tylko wtedy, gdy co najmniej jeden z czynników tego iloczynu jest równy .
Rozwiążemy równania
Lewa strona równania jest iloczynem trzech czynników. Jeśli iloczyn ten równa się zero, to co najmniej jeden z czynników jest równy zero, czyli lub lub . Stąd wynika, że równanie ma trzy rozwiązania , oraz .
W tym równaniu także lewa strona jest iloczynem trzech czynników, a prawa strona jest równa zero. Tak jak poprzednio wnioskujemy, że co najmniej jeden z czynników musi być równy zero, czyli lub lub . Rozwiązujemy kolejno otrzymane równania.
przekształcamy równoważnie, korzystając ze wzoru skróconego mnożenia, do równania
Stąd lub . Otrzymujemy więc dwa rozwiązania oraz .
jest równaniem kwadratowym, którego . Równanie to ma więc dwa rozwiązania
oraz
zgodnie z podanym wcześniej twierdzeniem, nie ma rozwiązań.
Zatem rozpatrywane równanie ma cztery rozwiązania , , oraz .
Teraz pokażemy, jak niektóre równania doprowadzić do takiej postaci, jaką miały równania omawiane w poprzednim przykładzie.
Rozwiążemy równanie .
Wyłączając przed nawias, otrzymujemy równanie
którego lewa strona jest iloczynem dwóch czynników, a prawa jest równa zero. Zatem co najmniej jeden z tych czynników jest równy zero, czyli lub . Rozwiązujemy drugie równanie.
Ponieważ , więc równanie to ma dwa rozwiązania oraz . Rozwiązywane równanie ma więc trzy rozwiązania , oraz .
Rozwiążemy równanie
Zauważmy, że lewą stronę możemy zapisać, korzystając ze wzoru skróconego mnożenia, w następujący sposób
Korzystając ze wzoru na różnicę kwadratów, otrzymujemy kolejno
Stąd wnioskujemy, że lub , czyli lub . Zatem lub .
Rozwiążemy równanie
Żeby rozwiązać to równanie, pogrupujemy wyrazy. W tym celu wyłączmy przed nawias z dwóch pierwszych wyrazów oraz z dwóch ostatnich. W ten sposób otrzymamy równanie równoważne
w którym lewa strona jest różnicą dwóch iloczynów. W każdym z tych iloczynów występuje wspólny czynnik . Gdy wyłączymy go przed nawias, otrzymamy równanie
W ten sposób otrzymaliśmy równanie, którego lewa strona jest iloczynem dwóch czynników, a prawa jest równa zero. Stąd otrzymujemy lub . Pierwsze równanie spełnia jedynie liczba . Drugie równanie przekształcimy do postaci . Jedyną liczbą, która spełnia to równanie, jest . Ostatecznie otrzymaliśmy dwa rozwiązania oraz rozwiązywanego równania.
Połącz w pary.
<span aria-label="nawias x, minus, jeden zamknięcie nawiasu nawias x, plus, jeden zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="nawias x, minus, jeden zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, nawias x, minus, dwa zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><msup><mo>)</mo><mn>2</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="trzy nawias x indeks górny, dwa, minus, jeden zamknięcie nawiasu nawias x indeks górny, dwa, plus, jeden zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mn>3</mn><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="nawias x, minus, jeden zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, nawias x, minus, trzy zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><msup><mo>)</mo><mn>2</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="nawias x, plus, jeden zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, nawias x, minus, dwa zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><msup><mo>)</mo><mn>2</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="nawias x, minus, jeden zamknięcie nawiasu nawias x, minus, dwa zamknięcie nawiasu nawias x, minus, trzy zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></math></span>
Dane są wielomiany:
.
Połącz w pary działania na wielomianach z odpowiadającymi im wynikami.
<span aria-label="W nawias x zamknięcie nawiasu, minus, Q nawias x zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mi>W</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>-</mo><mi>Q</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="W nawias x zamknięcie nawiasu, plus, P nawias x zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mi>W</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>+</mo><mi>P</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="P nawias x zamknięcie nawiasu, minus, Q nawias x zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mi>P</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>-</mo><mi>Q</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="W nawias x zamknięcie nawiasu, razy, R nawias x zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mi>W</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>·</mo><mi>R</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="W nawias x zamknięcie nawiasu, plus, R nawias x zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mi>W</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>+</mo><mi>R</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="P nawias x zamknięcie nawiasu, razy, R nawias x zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mi>P</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>·</mo><mi>R</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></math></span>
Połącz w pary wielomian z jego stopniem.
<span aria-label="nawias x, plus, cztery zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa, nawias x, minus, cztery zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>4</mn><msup><mo>)</mo><mn>2</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>4</mn><msup><mo>)</mo><mn>2</mn></msup></math></span>, <span aria-label="dwa nawias x, plus, dwa zamknięcie nawiasu nawias x, minus, trzy zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mn>2</mn><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="x indeks górny, trzy, nawias x, minus, dwa zamknięcie nawiasu nawias x, minus, trzy zamknięcie nawiasu indeks górny, dwa" role="math"><math><msup><mi>x</mi><mn>3</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>3</mn><msup><mo>)</mo><mn>2</mn></msup></math></span>, <span aria-label="nawias x indeks górny, dwa, plus, pięć zamknięcie nawiasu nawias, x indeks górny, dwa, plus, cztery, zamknięcie nawiasu, indeks górny, trzy" role="math"><math><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>5</mn><mo>)</mo><msup><mfenced><mrow><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>4</mn></mrow></mfenced><mn>3</mn></msup></math></span>, <span aria-label="dwa x nawias x, plus, dwa zamknięcie nawiasu indeks górny, trzy, nawias x, plus, pięć zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mn>2</mn><mi>x</mi><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><msup><mo>)</mo><mn>3</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="nawias dwa x, minus, jeden zamknięcie nawiasu indeks górny, osiem, nawias x, plus, dwa zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><msup><mo>)</mo><mn>8</mn></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></math></span>, <span aria-label="x nawias x indeks górny, dwa, plus, trzy zamknięcie nawiasu indeks górny, trzy" role="math"><math><mi>x</mi><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>3</mn><msup><mo>)</mo><mn>3</mn></msup></math></span>, <span aria-label="nawias x, minus, jeden zamknięcie nawiasu nawias x, plus, dwa zamknięcie nawiasu nawias x, plus, trzy zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></math></span>
Dane są wielomiany , . Wtedy równanie ma
Liczby są rozwiązaniami równania . Jeżeli , to
Wybierz równanie, które ma dwa różne rozwiązania całkowite.
Liczby i są jedynymi rozwiązaniami równania
Równanie ma dokładnie
Wielomian można zapisać w postaci
Równanie można zapisać w postaci równoważnej
Równanie można zapisać w postaci równoważnej
Liczba wszystkich rozwiązań równania jest równa
Rozwiąż równanie.
Rozwiąż równanie.
Rozwiąż równanie.
Oblicz taką wartość , dla której równanie ma tylko jedno rozwiązanie.
Ile rozwiązań ma równanie ?
Rozwiąż równanie.
Rozwiąż równanie.
Uzasadnij, że iloczyn pierwiastków równania jest dodatni.
Uzasadnij, że suma rozwiązań równania jest liczbą całkowitą.
Przez jaki wielomian trzeba pomnożyć wielomian , żeby otrzymać wielomian ?
Udowodnij, że jeżeli liczba jest rozwiązaniem równania , to równanie to nie ma więcej rozwiązań.