§ 3.5. Формула Кардано |
151 |
√
получаются как произведения 3 на корни из единицы, т. е. на решения уравнения 3 = 1 (рис. 29 на с. 146):
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
√3 ; |
√3 · = √3 |
(− |
|
+ |
3 |
) |
и |
√3 · 2 |
= √3 |
(− |
|
|
− |
3 |
). |
||||||||||
2 |
2 |
2 |
2 |
||||||||||||||||||||||
Мы перешли к переменной путем подстановки = − 3 . Возьмем вещественное значение 1:
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
√ |
− |
2 |
− |
√ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
+ 27 |
= |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
3√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
− |
2 + |
√ 4 |
+ 27 |
|
|
( |
2 ) − 4 |
|
− 27 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
− 3 1 |
|
− |
3 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
− |
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|||||||||||||
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
= |
|
|
− |
2 − √ |
|
|
|
|
|
|
|
= 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 + 3 |
= 2. |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
4 |
+ 27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√− |
|
|
− √ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
27 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(− |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
= 1 |
|
|
|
|
|
= 1 + 2. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
3 1 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Заметим, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
= ( ) |
2 |
|
|
|
|
2 = − |
|
|
|
|
= 2 |
2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
( )3 = 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
) |
|
( 1)2 = |
2 |
= −3 1 |
2 = 2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
В последнем нетрудно убедиться, проделав соответствующие операции с комплексными числами (с. 136). Тогда
|
|
√3 |
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√3 |
|
|
|
− √ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
= |
|
|
|
+ |
|
2 |
+ |
3 |
|
|
|
2 |
= |
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
( )2; |
||||||
− |
2 |
4 |
27 · |
|
− |
2 |
|
4 − |
27 · |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
152 ГЛАВА 3. УРАВНЕНИЯ СТАРШЕГО ПОРЯДКА
1 = √3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
+ |
√ |
2 |
+ |
3 |
|
|
|
|
( )2 |
|
|
|
|
2 = |
|
|
|
|
|
− √ |
2 |
|
|
3 |
|
|
. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
−2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
−2 |
4 − 27 · |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
27 · |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Многочлен 2 |
+ + имеет корни: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 = √3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
+ |
√ |
2 |
|
+ |
|
|
3 |
|
+ |
|
|
|
− √ |
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
4 |
|
|
27 |
|
− |
2 |
|
4 − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
√3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ √3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2 = |
|
|
|
+ |
√ |
2 |
|
+ |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
− √ |
|
2 |
|
|
3 |
|
2; |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
− |
|
|
4 |
|
|
|
27 · |
− |
2 |
|
|
4 − |
27 · |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 = √3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ √3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
2 |
|
+ |
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
− |
2 |
|
√ |
4 |
|
|
27 · |
− |
2 − √ 4 − |
27 · |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теперь нетрудно найти корни исходного многочлена: |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 = 1 − 3 , 2 = 2 − 3 и 3 = 3 − 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
II. Рассмотрим случай = ( |
2 )2 + (3 )3 = 0. Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 = 2 · |
√3 |
|
|
|
; 2,3 = |
√3 |
|
|
|
( + 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
−2 |
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
и, поскольку + 2 = −1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 = 2 · √3 |
|
|
; 2,3 |
= −√3 |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−2 |
−2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Многочлен имеет три вещественных корня: один простой и два кратных. Если же уравнение имеет корень третьей кратности, после первой подстановки неполный многочлен примет вид 3 = 0. Это означает, что 1 = 2 = 3 = 3 .
§ 3.5. Формула Кардано |
153 |
III. Осталось рассмотреть случай < 0. Тогда квадратное
относительно 3 уравнение
6 + 3 − 3 = 0 имеет решения:
27
√
13,2 |
= −2 ± · |
− |
( 4 |
+ 27) |
= −2 ± · √− . |
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
Запишем их в тригонометрической форме:
= | 13,2|= |
√ |
|
|
|
|
|
√ |
−27 |
, |
|
(2) |
|
− = |
||||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
cos = − /2 ;sin = − .
Неравенство < 0 выполняется только при < 0. Поэтому в выражении под корнем будет неотрицательное число.
Таким образом,
13 = (cos + · sin ) и 23 = (cos − · sin ).
По формуле Муавра, уравнения имеют решения:
1 = √3 |
|
(cos |
+ 2 |
|
+ · sin |
+ 2 |
) |
и |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
2 = √3 |
|
(cos |
+ 2 |
− · sin |
+ 2 |
), |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
3 |
3 |
√ |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где = 0; 1; 2, |
√3 = |
|
. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
−3 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
154 ГЛАВА 3. УРАВНЕНИЯ СТАРШЕГО ПОРЯДКА
− |
|
|
|
= |
|
√3 |
|
( |
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
3 1 |
|
|
|
+2 |
3 |
|
|
|
|
+2 |
3 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
sin ) |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
cos |
|
|
3 |
|
+ · sin |
|
3 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3√3 ( |
|
+2 |
− |
|
|
|
+2 |
) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos2 |
|
3 |
+ sin2 |
3 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
· |
|
|
|
|
|
= |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+2 |
|
|
|
|
+2 |
|
|||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
+ 2 |
|
|
|
+ 2 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
= √ (cos |
|
|
|
|
|
− · sin |
|
|
|
|
|
) = 2 |
|
1 = 1 + 2. |
||||||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
||||||||||||||||||
Поскольку 1 и 2 при любом – комплексно-сопряженные
величины, 1 + 2 = 2√3 cos +2 и неполное кубическое
3
уравнение будет иметь вещественные решения:
1 = 2√3 |
|
cos |
|
, |
2 = 2√3 |
|
cos |
+ 2 |
и |
2√3 |
|
cos |
+ 4 |
. |
||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
3 |
||||||||||||||
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||
Корни исходного многочлена = − 3 . |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Таким образом, если = ( |
2 )2 + (3 )3: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1)при > 0 уравнение имеет один вещественный и два комплексно-сопряженных корня;
2)при = 0 – три вещественных корня: один простой и два кратных;
3)при < 0 – три простых вещественных корня.
203 Пример 1. Найти корни многочлена 3 − 3 2 − 3 − 4.
Решение. Выполнив подстановку = + 1, получим мно-
гочлен 3 − 6 − 9. Найдем
|
6 |
|
3 |
|
9 |
2 |
|
49 |
||
= (− |
|
) |
|
+ (− |
|
) |
|
= |
|
. |
3 |
|
2 |
|
4 |
||||||
§ 3.5. Формула Кардано |
155 |
Поскольку > 0, воспользуемся алгоритмом I (с. 150).
1 = √3 |
|
|
= 1; 2 = √3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2 − |
2 |
2 + |
2 = 2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
9 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 = 1 + 2 = 3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
√ |
|
|
|
|
||||
|
|
= (− |
1 |
3 |
|
)+2 |
(− |
1 |
|
|
|
) = |
(− |
3 |
3 |
); |
||||||||||||||||||||
2 = 1 + 2 2 |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
− |
3 |
|
− |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
2 |
2 |
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||
3 = 1 2+ 2 = (− |
|
|
√ |
|
|
|
)+2 |
(− |
|
|
√ |
|
|
|
) = |
(− |
|
|
√ |
|
). |
|||||||||||||||
1 |
|
3 |
1 |
3 |
3 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
− |
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
3 |
|||||||||||||||||||||||||
2 |
|
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||
Вернемся к переменной = + 1.
√√
Ответ: 1 = 4, 2 = −12 − · 23 , 3 = −12 + · 23 .
Эту задачу можно решить иначе, заметив, что 4 является корнем, и разделив многочлен на ( − 4) (с. 114):
3 − 3 2 − 3 − 4 = ( − 4)( 2 + + 1),
Остается только найти корни квадратного трехчлена.
Пример 2. Найти корни многочлена 3 + 2 − 3. 203
Решение. Многочлен неполный, и мы сразу определим
= 94 + 278 = 4825·81 > 0. Найдем
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
√ |
|
|
|
3 |
|
√ |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
√ |
|
|
||
1 |
= |
2 |
|
= |
, |
2 |
= |
|
|
|
||||||||||||||
√ |
+ 18 |
|
√ |
18 |
√ |
27 |
−18 . |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
3 |
|
825 |
|
27 + 5 |
33 |
|
|
|
|
5 33 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из теории мы знаем, что при > 0 многочлен должен иметь один вещественный корень и два комплексно-сопряженных.