Toán học – Những điều kì thú và những mốc son lịch sử (Phần 24)

71. Phương trình bậc ba là gì và nó được giải như thế nào?

Phương trình bậc ba tổng quát có dạng

x3 + ax2 + bx + c = 0                          (1)

Trước tiên nó được biến đổi thành một phương trình bậc ba có dạng

y3 + py + q = 0                                    (2)

phương trình không chứa số hạng bình phương của biến.

Việc này được tiến hành một cách dễ dàng bằng cách đặt x = y – a/3.

Bây giờ giả sử y = u + v,

rồi lập phương cả hai vế:

                y3 = u3 + v3 + 3uv (u + v)

hay         y3 = u3 + v3 + 3uv y

                                thay y cho u + v

hay         y3 – 3 uvy – (u3 + v3) = 0                                 (3)

So sánh phương trình (2) và (3) ta có

72. Ai đã phát triển phương pháp giải này?

Phương pháp giải phương trình bậc ba này thường được gọi là phương pháp Cardan.

Cardan thu được nó từ một nhà toán học khác tên là Tartaglia với lời hứa giữ bí mật nhưng ông đã công bố nó là thành quả của riêng ông trong quyển sách của ông vào năm 1545.

Cardan và Tartaglia đều là người Italia.

73. Phương trình bậc ba có các hệ số được giải như thế nào?

Chúng ta hãy thử giải phương trình sau đây:

x3 + 6x2 + 9x + 4 = 0

Trước tiên, đặt x = y – 2, khi đó phương trình đã cho biến đổi thành

(y – 2)3 + 6 (y – 2)2 + 9 (y – 2) + 4 = 0

hay đơn giản lại là y3 – 3y + 2 = 0.

Bây giờ đặt y = u + v, thì y3 – 3 uvy – (u3 + v3) = 0, rồi lập phương cả hai vế.

Þ uv = 1, và u3 + v3 = – 2, khi so sánh với y3 – 3y + 2 = 0

hay         u3 + v3 = – 2, và u3v3 = 1.

Do đó, u3 và v3 là nghiệm của phương trình

t2 – (tổng các nghiệm) t + (tích các nghiệm) = 0

hay         t2 + 2t + 1 = 0,

hay         (t + 1)2 = 0, cho t = – 1, – 1.

Þ u3 = – 1, và v3 = – 1; cho u = – 1, và v = – 1.

Þ y = u + v = – 2

Vì y = – 2 là một nghiệm của phương trình y3 – 3 y + 2 = 0

Þ y + 2 phải là một hệ số của phương trình này.

Chia phương trình cho y + 2, ta được phương trình bậc hai

y2 – 2y + 1 = 0, hay (y – 1)2 = 0, cho y = 1, 1.

Þ y = – 2, 1, 1.

Vì x = y – 2, nên cuối cùng ta có x = – 3, – 1, – 1.

74. Phương pháp này có luôn cho ra nghiệm hay không?

Trong trường hợp phương trình bậc ba có hệ số, phương pháp này chỉ cho ra nghiệm khi phương trình bậc ba hoặc có hai nghiệm ảo, hoặc có hai nghiệm bằng nhau, và nó không tìm ra nghiệm của phương trình bậc ba có cả ba nghiệm thực và không bằng nhau.

Phương trình bậc ba thuộc loại vừa nói được giải bằng cách sử dụng lượng giác và các phương pháp gần đúng.

75. Phương trình bậc bốn được giải như thế nào?

Một ví dụ sẽ làm sang tỏ nhất phương pháp giải nghiệm.

Xét phương trình

x4 – 10 x3 + 35 x2 – 50 x + 24 = 0

Phương pháp giải trước tiên biểu diễn vế trái là hiệu của hai bình phương, sau đó là tích của hai phương trình bậc hai.

Ta có      x4 – 10 x3 + 35 x2 – 50 x + 24 = 0

hay         x4 – 10 x3 = – 35 x2 + 50 x – 24

hay         x4 – 10 x3 + 25 x2 = – 10 x2 + 50 x – 24

hay         (x2 – 5 x)2 = – 10 x2 + 50 x – 24

Đưa thêm λ vào vế trái, rồi cân bằng với vế phải, ta được

(x2 – 5 x + λ)2 = (– 10 x2 + 50 x – 24) + λ2 + 2λ (x2 – 5 x)

hay         (x2 – 5 x + λ)2 = (2λ – 10) x2 + (50 – 10 λ) x + λ2 – 24

Áp dụng điều kiện các số hạng ở vế phải tạo nên một số chính phương, ta được cái gọi là lập phương bổ trợ theo λ, từ đó có thể tính ra λ.

Ở đây, λ có thể được xác định dễ dàng hơn bằng cách xét rằng vì các số hạng ở vế phải tạo nên một số chính phương, nên (2x – 10) và (λ2 – 24) cũng phải là một số chính phương.

Do đó, ta đặt (2x – 10) lần lượt bằng 1, 4, 9, 16,... và thấy giá trị của l làm cho λ2 – 24 cũng là một số chính phương.

Đặt 2x – 10 = 4 hay λ = 7 cho λ2 – 24 = 25, đó là một số chính phương, và ta được

(x2 – 5x + 7)2 = 4x2 – 20x + 25

hay         (x2 – 5x + 7)2 = (2x – 5)2

hay         x2 – 5x + 7 = ± (2x – 5)

suy ra    x2 – 5x + 7 = 2x – 5, và x2 – 5x + 7 = – 2x + 5,

tức là x2 – 7x + 12 = 0, và x2 – 3x + 2 = 0.

Đây là hai phương trình bậc hai, giải chúng cho ta tương ứng x = 3, 4 và x = 1, 2.

Do đó, nghiệm của phương trình bậc bốn đã cho là 1, 2, 3, và 4.

76. Ai đã phát triển phương pháp này và khi nào?

Phương pháp giải phương trình bậc bốn này được nêu ra vào năm 1540 bởi Ferrari, một nhà toán học người Italia và là học trò của Cardan.

77. Phương pháp giải phương trình bậc bốn của Descartes là gì?

Vào năm 1637, Descartes nêu ra một phương pháp giải khác với Ferrari. Ông giải phương trình bằng cách biểu diễn nó bằng tích của hai tam thức bậc hai.

Phương pháp này có thể áp dụng khi phương trình khuyết số hạng chứa x3, hoặc loại trừ nó bằng những thay thế thích hợp.

Ví dụ sau đây làm rõ cho phương pháp.

Xét phương trình

x4 – 2x2 + 8x – 3 = 0

Giả sử x4 – 2x2 + 8x – 3 = (x2 + kx + l) (x2 + kx – m),

sau đó đơn giản và cân bằng các hệ số giống nhau,

ta có

Sử dụng đồng nhất thức

(m + l)2 – (m – l)2 = 4ml

để loại trừ m, n ra khỏi những phương trình này, ta được

(k – 2)2 – 64/k2 = - 12

Đơn giản, ta được k6 – 4k2 + 16k2 – 64 = 0.

Đây là phương trình bậc ba theo k2, và nó được thỏa mãn bởi k2 = 4, hay k = ± 2.

Đặt k = 2 ta có

 

78. Còn phương pháp giải phương trình tổng quát bậc năm thì sao?

Sau khi có được phương pháp giải phương trình bậc ba và bậc bốn, nhiều nhà toán học danh tiếng đã tiếp tục nỗ lực giải phương trình bậc năm. Họ đã cố gắng không mệt mỏi trong hơn hai thế kỉ rưỡi mà không có chút thành công nào.

Toán học – Những điều kì thú và những mốc son lịch sử
A.L. Audichya
Trần Nghiêm dịch
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Sinh viên Mĩ giải được bài toán electron 60 năm tuổi
14/12/2017
Trong sáu thập niên qua, các nhà khoa học vẫn hằng tìm kiếm một luồng electron ẩn náu ở gần Trái Đất nhưng chưa hề tìm
10 đột phá vật lí của năm 2017
13/12/2017
Tạp chí Physics World của Anh bình chọn các thành tựu quan trắc đa kênh liên quan đến sóng hấp dẫn là Đột phá của năm
Trump lệnh cho NASA trở lại Mặt Trăng
12/12/2017
Lần cuối các nhà du hành vũ trụ người Mĩ đặt chân lên Mặt Trăng là hồi những năm 1970. Tổng thống Mĩ Donald Trump muốn
Top 10 khám phá thiên văn học (Phần 2)
07/12/2017
6. Sự át trội của vật chất tối Hồi thập niên 1970, Vera Rubin không những đã có một khám phá vũ trụ học đồ sộ, mà trong
Top 10 khám phá thiên văn học (Phần 1)
05/12/2017
Những phát hiện không những làm thay đổi thế giới, mà còn thách thức cách chúng ta nhìn nhận sự tồn tại của mình và vị
Moment từ proton được đo chính xác nhất từ trước đến nay
26/11/2017
Các nhà vật lí ở Đức vừa đo được moment từ của proton đến sai số 0,3 phần tỉ. Giá trị này tốt gấp 11 bậc so với phép
Kiểm tra bản chất lượng tử của lực hấp dẫn
26/11/2017
Bất chấp hàng thập kỉ nỗ lực phấn đấu, một lí thuyết về lực hấp dẫn lượng tử vẫn nằm ngoài tầm với của chúng
Lỗ đen ăn thịt sao và ợ ra tia vũ trụ
26/11/2017
Kịch bản sao lùn trắng bị lỗ đen xé xác có thể giải thích được những cơn mưa tia vũ trụ và neutrino mà chúng ta thấy trên
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com