Дискриминант - многозначный термин. В данной статье речь пойдёт о дискриминанте многочлена, который позволяет определить, есть ли у данного многочлена действительные решения. Формула для квадратного многочлена встречается в школьном курсе алгебры и анализа. Как найти дискриминант? Что нужно для решения уравнения?
Содержание:
Квадратный многочлен, как искать его корни
Квадратным многочленом или уравнением второй степени называется i * w ^ 2 + j * w + k равный 0, где "i" и "j" - первый и второй коэффициент соответственно, "k" - константа, которую иногда именуют "свободным членом", а "w" - переменная. Его корнями окажутся все значения переменной, при которых оно превращается в тождество. Такое равенство допустимо переписать, как произведение i, (w - w1) и (w - w2) равное 0. В этом случае очевидно, что если коэффициент "i" не обращается в ноль, то функция в левой части станет нулевой только в случае, если x принимает значение w1 или w2. Эти значения являются результатом приравнивания многочлена к нулю.
Для нахождения значения переменной, при котором квадратный многочлен обращается в ноль, используется вспомогательная конструкция, построенная на его коэффициентах и названная дискриминантом. Эта конструкция рассчитывается согласно формуле D равняется j * j - 4 * i * k. Зачем она используется?
- Она говорит, имеются ли действительные результаты.
- Она помогает их высчитать.
Как это значение показывает наличие вещественных корней:
- Если оно положительное, то можно найти два корня в области действительных чисел.
- Если дискриминант равен нулю, то оба решения совпадают. Можно сказать, что есть всего одно решение, и оно из области вещественных чисел.
- Если дискриминант меньше нуля, то у многочлена отсутствуют вещественные корни.
Варианты расчётов для закрепления материала
Для суммы {7 * w ^ 2; 3 * w; 1} равной 0 рассчитываем D по формуле 3 * 3 - 4 * 7 * 1 = 9 - 28 получаем -19. Значение дискриминанта ниже нуля говорит об отсутствии результатов на действительной прямой.
Если рассмотреть 2 * w ^ 2 - 3 * w + 1 эквивалентный 0, то D рассчитывается как (-3) в квадрате за вычетом произведения чисел {4; 2; 1} и равняется 9 - 8, то есть 1. Положительное значение говорит о двух результатах на вещественной прямой.
Если взять сумму {w ^ 2; 2 * w; 1} и прировнять к 0, D рассчитается, как два в квадрате минус произведение чисел {4; 1; 1}. Это выражение упростится до 4 - 4 и обратится в ноль. Выходит, что результаты совпадают. Если внимательно вглядеться в данную формулу, то станет понятно, что это "полный квадрат". Значит, равенство можно переписать в форме (w + 1) ^ 2 = 0. Стало очевидно, что результат в этой задаче "-1". В ситуации если D равен 0, левую часть равенства всегда получится свернуть по формуле "квадрат суммы".
Использование дискриминанта в вычислении корней
Эта вспомогательная конструкция не только показывает количество вещественных решений, но и помогает их находить. Общая формула расчёта для уравнения второй степени такова:
w = (-j +/- d) / (2 * i), где d - дискриминант в степени 1/2.
Допустим, дискриминант ниже нулевой отметки, тогда d - мнимо и результаты мнимые.
D нулевой, тогда d, равный D в степени 1/2, тоже нулевой. Решение: -j / (2 * i). Снова рассматриваем 1 * w ^ 2 + 2 * w + 1 = 0, находим результаты эквивалентные -2 / (2 * 1) = -1.
Предположим, D > 0, значит, d - вещественное число, и ответ здесь распадается на две части: w1 = (-j + d) / (2 * i) и w2 = (-j - d) / (2 * i). Оба результата окажутся действительные. Взглянем на 2 * w ^ 2 - 3 * w + 1 = 0. Здесь дискриминант и d - единицы. Выходит, w1 равняется (3 + 1) делить (2 * 2) или 1, а w2 равен (3 - 1) делить на 2 * 2 или 1/2.
Результат приравнивания квадратного выражения к нулю вычисляется согласно алгоритму:
- Вычисление дискриминанта.
- Определение количества действительных решений.
- Вычисление d = D ^ (1/2).
- Нахождение результата в соответствии с формулой (-j +/- d) / (2 * i).
- Подстановка полученного результата в исходное равенство для проверки.
Некоторые частные случаи
В зависимости от коэффициентов решение может несколько упрощаться. Очевидно, что если коэффициент перед переменной во второй степени равен нулю, то получается линейное равенство. Когда коэффициент перед переменной в первой степени нулевой, то возможны два варианта:
- многочлен раскладывается в разность квадратов при отрицательном свободном члене;
- при положительной константе действительных решений найти нельзя.
Если свободный член нулевой, то корни будут {0; -j}
Но есть и другие частные случаи, упрощающие нахождение решения.
Приведенное уравнение второй степени
Приведенным именуют такой квадратный трёхчлен, где коэффициент перед старшим членом - единица. Для данной ситуации применима теорема Виета, гласящая, что сумма корней равняется коэффициенту при переменной в первой степени, помноженному на -1, а произведение соответствует константе "k".
Следовательно, w1 + w2 равно -j и w1 * w2 равняется k, если первый коэффициент — единица. Чтобы убедиться в правильности такого представления, можно выразить из первой формулы w2 = -j - w1 и подставить его во второе равенство w1 * (-j - w1) = k. В итоге получается исходное равенство w1 ^ 2 + j * w1 + k = 0.
Важно отметить, что i * w ^ 2 + j * w + k = 0 удастся привести путём деления на "i". Результат будет: w ^ 2 + j1 * w + k1 = 0, где j1 равно j / i и k1 равно k / i.
Взглянем на уже решенное 2 * w ^ 2 - 3 * w + 1 = 0 с результатами w1 = 1 и w2 = 1/2. Надо поделить его пополам, в итоге w ^ 2 - 3/2 * w + 1/2 = 0. Проверим, что для найденных результатов справедливы условия теоремы: 1 + 1/2 = 3/2 и 1*1/2 = 1/2.
Чётный второй множитель
Если множитель при переменной в первой степени (j) делится на 2, то удастся упростить формулу и искать решение через четверть дискриминанта D/4 = (j / 2) ^ 2 - i * k. получается w = (-j +/- d/2) / i, где d/2 = D/4 в степени 1/2.
Если i = 1, а коэффициент j - чётный, то решением будет произведение -1 и половины коэффициента при переменной w, плюс/минус корень из квадрата этой половины за вычетом константы "k". Формула: w = -j / 2 +/- (j ^ 2 / 4 - k) ^ 1/2.
Более высокий порядок дискриминанта
Рассмотренный выше дискриминант трёхчлена второй степени - это наиболее употребимый частный случай. В общем же случае дискриминант многочлена представляет собой перемноженные квадраты разностей корней этого многочлена. Следовательно, дискриминант равный нулю говорит о наличии как минимум двух кратных решений.
Рассмотрим i * w ^ 3 + j * w ^ 2 + k * w + m = 0.
D = j ^ 2 * k ^ 2 - 4 * i * k ^ 3 - 4 * i ^ 3 * k - 27 * i ^ 2 * m ^ 2 + 18 * i * j * k * m.
Допустим, дискриминант превосходит ноль. Это значит, что имеется три корня в области действительных чисел. При нулевом есть кратные решения. Если D < 0, то два корня комплексно-сопряженные, которые дают отрицательное значение при возведении в квадрат, а также один корень - вещественный.
Видео
Наше видео подробно расскажет о вычислении дискриминанта.
