三次函数的求根公式
ax^3 + bx^2 + cx + d = 0
其中a、b、c和d为实数且a不等于0。根据代数学原理,对于三次方程,最多存在三个根,可能有重根或复根。三次函数的求根公式有多种不同的形式,以下将介绍其中两种常见的求根公式:一种是基于二次复合正负开方,另一种是基于牛顿迭代法。
第一种求根公式的推导始于文艺复兴时期的意大利数学家Cardano,他首次给出了解一般三次方程的方法。为了简化公式推导,引入变量y,将原方程变形为:
x^3 + px + q = 0
其中p和q为实数。接下来的步骤是将原方程转化为一个二次方程,然后进行求解。首先,引入两个新的变量u和v,使得x的三次项系数为0:
x=u+v
通过展开和合并同类项的方式,我们可以将方程转化为一个关于u和v的二次方程:
(u+v)^3+p(u+v)+q=0
展开并合并同类项后,化简得到:
u^2v + 3uv^2 + pu + pv + q = 0
为了使得方程中的二次项系数为0,我们要求uv的系数为0,即uv = -p/3、再进行变量替换,引入新的变量s和t,使得:
u^3+v^3=s
3uv = t
则有:
u^3+v^3=u^3+(t/(3u))^3=s
移项后,可以得到一个关于u的代数方程:
u^6 + pu^3 - (t^3)/27 = 0
这是一个关于u^3的三次方程,可以使用前述的二次根公式解出一个u^3的表达式:
u^3 = [-p/2 +/- sqrt((p/2)^2 + (t^3)/27)]^(1/3)
由于方程中(u+v)^3的展开有3个项等于s,因此还需要更多的麦克劳林展开来抵消掉余下的项。通过进一步的推导,可以得到:
v^3=[s+p/(3u)]^3
v=[s+p/(3u)]^(1/3)
由于u和v是x的根的形式,可以将u和v的表达式代入x=u+v的式子中,就可以得到三次函数的求根公式。
第二种求根公式是牛顿迭代法的应用。牛顿迭代法是一种通过逼近的方式求根的方法。对于三次函数,迭代的过程可以使用以下公式表示:
x_{n+1}=x_n-f(x_n)/f'(x_n)
c语言牛顿迭代法求根其中,x_n表示第n次迭代的根的近似值,f(x)表示原方程,f'(x)表示f(x)的导数。通过反复迭代,选择一个初值x_0,经过多次迭代,可以得到一个逼近于实际根的解。
综上所述,以上是两种常见的三次函数的求根公式。第一种基于Cardano的方法,通过引入新的变量和二次方程转化求解。第二种是牛顿迭代法,通过逼近的方式求得方程的根。