求实系数一元三次方程根的有用公式 在数学书籍或数学手册中,对一元三次方程求根公式的叙述都是沿用“卡丹公式”,即:对于一元三次方程: 设, 则它的三个根的表达式如下: 其中, 我们先用该公式解一个一元三次方程:
解: p= 9,q=6, T= 3,D= 18, 原方程的三个根为 这样求出的三个根的表达式有两个不妥之处: 其一、当时,方程有三个实根(下文给出证明),但这里的、、表达式不明确
其二、当时,以及(如此例中的)违反了现行中等数学的表示法律规范,也不能具体地求出其值
因此,用“卡丹公式”解出的一元三次方程的根,往往是不有用、不直观、不严密的
下面我们推导一个有用的改进型求根公式
实系数一元三次方程可写为 (1)令 ,代入(1)得 (2)其中,不失一般性,我们只要讨论实系数一元三次方程的求根公式即可
不妨设 p、q 均不为零,令 y=u+v (3)代入(2)得, (4)选择 u、v,使得,即 (5)代入(4)得, (6)将(5)式两边立方得, (7)联立(6)、(7)两式,得关于的方程组:, 且问题归结于上述方程组的求解
即求关于 t 的一元二次方程的两根、,设,,,又记的一个立方根为 ,则另两个立方根为,,其中,为 1 的两个立方虚根
以下分三种情形讨论:1)若,即 D>0,则、均为实数,可求得,,取,,在,组成的九个数中,有且只有下面三组满足,即 、 ;、;、,也就是满足, 方程(2)的根为,,,这是方程(2)有一个实根,两个共轭虚根,,其表达式就是前面给出的“卡丹公式”的形式,这里的根式及都是在实数意义下的
2)若,即时,可求得,取同理,可求得 方程(2)有三个实根,其中至少有两个相等的实根
3)若,即 D