多項式

John Constable (1776-1837) 英國畫家.

本頁有五小節

\begin{equation}{\label{a}}\tag{A}\mbox{}\end{equation}

四則運算.

多項式的型式為
\[f(x)=a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots +a_{2}x^{2}+a_{1}x+a_{0}\]
其中 \(a_{i}\) 稱為係數,$a_{n}$ 稱為領導係數,$a_{0}$ 稱為常數項。若 \(a_{n}\neq 0\), 則記為 \(\deg(f)=n\)。

  • 各項係數和為 \(f(1)=a_{0}+a_{1}+\cdots +a_{n}\)
  • 偶次項係數和為 \(\frac{1}{2}(f(1)+f(-1))=a_{0}+a_{2}+a_{4}+\cdots\)
  • 奇次項係數和為 \(\frac{1}{2}(f(1)f(-1))=a_{1}+a_{3}+a_{5}+\cdots\)。

假設 \(f(x)=g(x)\cdot q(x)+r(x)\),其中 \(g(x)\neq 0\) 及 \(r(x)=0\) 或 \(\deg(r)<\deg(g)\), 則稱 \(f\) 為被除式, \(g\)為除式,\(q\)為商式, \(r\)為餘式。

♠例題. 假設 \(f(x)=x^{4}-8x^{3}+25x^{2}-30x-8\) 則
\[f(x)=(x-2)^{4}+(x-2)^{3}+(x-2)^{2}+6(x-2)-16\mbox{。}\]
因此 \(f\) 除以 \((x-2)^{2}\) 之餘式為 \(6(x-2)-16=6x-28\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 求下式之值
\[4\left (\frac{3+2\sqrt{2}}{2}\right )^{4}-8\left (\frac{3+2\sqrt{2}}{2}\right )^{3}
-15\left (\frac{3+2\sqrt{2}}{2}\right )^{2}+13\left (\frac{3+2\sqrt{2}}{2}\right )+1\mbox{。}\]

求解: 令 \(x=\frac{3+2\sqrt{2}}{2}\),則 \(4x^{2}-12x+1=0\)。又可知 \(f(x)=4x^{4}+8x^{3}-15x^{2}+13x+1\)。 因此 \(f(x)=(4x^{2}-12x+1)(x^{2}+x+1)+2\),所以可得
\[f\left (\frac{3+2\sqrt{2}}{2}\right )=f(x)=0+2=2\mbox{。}\blacksquare\]

♥習題. 求下式之值
\[4(1+2i)^{4}-8(1+2i)^{3}-15(1+2i)^{2}+13(1+2i)+1\mbox{。}\]
答:  \(114-124i\)

\begin{equation}{\label{b}}\tag{B}\mbox{}\end{equation}

餘式定理與因式定理.

假設 \(f(x)=(x-a)q(x)+r\),則 \(f(x)\) 除以 \(x-a\) 之餘式為 \(r=f(a)\)。當 \(f(a)\) 複雜難求時, 可用綜合除法求餘式。

♠例題. 假設多項式 \(f(x)\) 除以 \(x^{2}-3x+2\) 之餘式為 \(3x-4\) 及 設多項式 \(g(x)\) 除以 \(x-1\) 之餘式為 \(5\)。
求 \(f(x)+g(x)\) 除以 \(x-1\) 之餘式。

求解: 首先可知 \(f(x)=(x^{2}-3x+2)q(x)+3x-4\) 及 \(g(1)=5\),所以餘式為 \(f(1)+g(1)=-1+5=4\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 假設 \((x+1)f(x)\) 除以 \(x^{2}+x+1\) 之餘式為 \(5x+3\)。求 \(f(x)\) 除以 \(x^{2}+x+1\) 之餘式。

求解: 假設 \(f(x)=(x^{2}+x+1)q(x)+ax+b\),則
\begin{align*}
(x+1)f(x) & =(x+1)(x^{2}+x+1)q(x)+(x+1)(ax+b)\\
& =(x+1)(x^{2}+x+1)q(x)+ax^{2}+(a+b)x+b\mbox{。}
\end{align*}
因此 \(ax^{2}+(a+b)x+b\) 除以 \(x^{2}+x+1\) 之餘式亦為 \(5x+3\)。用長除法可得
\[ax^{2}+(a+b)x+b=a(x^{2}+x+1)+bx+b-a\mbox{,}\]
因此 \(b=5\) 及 \(b-a=3\),解得 \(a=2\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 假設多項式 \(f(x)\) 除以 \(x+1\) 之餘式為 \(6\),除以 \(2x-1\) 之餘式為 \(12\),求除以 \(2x^{2}+x-1\) 之餘式。

求解: 首先可得
\begin{align*}
f(x) & =(2x^{2}+x-1)q(x)+ax+b\\
& =(x+1)(2x-1)q(x)+ax+b\mbox{。}
\end{align*}
所以
\[6=f(-1)=-a+b\mbox{ 及 }12=f\left (\frac{1}{2}\right )=\frac{1}{2}a+b\]
因此解得 \(a=4\) 及 \(b=10\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 假設多項式 \(f(x)\) 不低於三次,除以 \(x+2\) 之餘式為 \(5\),除以 \(x-2\) 之餘式為 \(1\),除以 \(x+3\) 之餘式為 \(-4\),求分別除以 \((x+2)(x-2)\) 及 \((x+2)(x-2)(x+3)\) 之餘式。

求解: 假設 \(f(x)=(x+2)(x-2)q(x)+a(x+2)+5\),因為 \(f(2)=1\),所以可得 \(4a+5=1\),解得 \(a=-1\),故餘式為 \(-(x+2)+5=-x+3\)。另外假設
\[f(x)=(x+2)(x-2)(x+3)q(x)+a(x+2)(x-2)+(-x+3)\]
因為 \(f(-3)=-4\),因此 \(a(-1)(-5)+3+3=-4\),解得 \(a=-2\)。故餘式為
\[-2(x+2)(x-2)+(-x+3)=-2x^{2}-x+11\mbox{。}\blacksquare\]

♠例題. 假設 \(f(x)\) 除以 \((x-b)(x-c)\),$(x-c)(x-a)$ 及 \((x-a)(x-b)\) 之餘式分別為 \(3x-1\),\(x+1\) 及 \(2x+3\), 求 \(f(x)\) 除以 \((x-a)(x-b)(x-c)\) 之餘式。

求解: 首先可知
\begin{align}
f(x) & =(x-b)(x-c)q_{1}(x)+3x-1\label{eq1}\tag{1}\\
& =(x-c)(x-a)q_{2}(x)+x+1\label{eq2}\tag{2}\\
& =(x-a)(x-b)q_{3}(x)+2x+3\mbox{。}\label{eq3}\tag{3}
\end{align}
由 (\ref{eq2}) 及 (\ref{eq3}),可得 \(a+1=2a+3\),因此解得 \(a=-2\)。 由 (\ref{eq1}) 及 (\ref{eq3}),可得 \(3b-1=2b+3\),因此解得 \(b=4\)。 由 (\ref{eq1}) 及 (\ref{eq2}),可得 \(3c-1=c+1\),因此解得 \(c=1\)。
假設
\[f(x)=(x-a)(x-b)(x-c)q(x)+h(x-a)(x-b)+2x+3\mbox{,}\]

\[f(c)=h(c-a)(c-b)+2c+3=c+1\mbox{。}\]
將 \(a=-2,b=4,c=1\) 代入,解得 \(h=\frac{1}{3}\)。因此餘式為
\[\frac{1}{3}(x+2)(x-4)+2x+3=\frac{1}{3}x^{2}+\frac{4}{3}x+\frac{1}{3}\mbox{。}\blacksquare\]

♠例題.  假設多項式 \(f(x)\) 除以 \(x^{2}+x+1\) 之餘式為 \(7x+16\),除以 \(x-1\) 之餘式為 \(8\),求除以 \(x^{3}-1\) 之餘式。

求解: 首先可得
\[f(x)=(x^{3}-1)q(x)+A(x^{2}+x+1)+7x+16\mbox{。}\]
因為 \(f(1)=8\),所以
\[f(1)=0+A(1+1+1)+7+16=8\]
解得 \(A=-5\),故餘式為
\[-5(x^{2}+x+1)+7x+16=-5x^{2}+2x+11\mbox{。}\blacksquare\]

♠例題. 假設 \(f(x)=x^{2000}-1\),求分別除以 \(x^{2}+1\),$x^{2}+x+1$ 及 \(x^{4}+x^{3}+2x^{2}+x+1\) 之餘式。

求解: 令 \(y=x^{2}\),則
\[f(x)=x^{2000}-1=y^{1000}-1\equiv g(y)\mbox{。}\]
故 \(f(x)\) 除以 \(x^{2}+1\) 相當於 \(g(y)\) 除以 \(y+1\)。所以餘式為 \(g(-1)=0\)。 接著求 \(f(x)\) 除以 \(x^{2}+x+1\) 之餘式。因為 \((x-1)(x^{2}+x+1)=x^{3}-1\),所以 \(f(x)\) 除以 \(x^{3}-1\) 之餘式,再以 \(x^{2}+x+1\) 除之,即得所要之餘式。首先令 \(y=x^{3}\),則
\[f(x)=x^{2}\cdot (x^{3})^{666}-1=x^{2}\cdot y^{666}-1\equiv h(y)\mbox{。}\]
故 \(f(x)\) 除以 \(x^{3}-1\) 相當於 \(h(y)\) 除以 \(y-1\)。所以餘式為 \(h(1)=x^{2}-1\),再除以 \(x^{2}+x+1\),故得餘式 \(-x-2\)。最後求 \(f(x)\) 除以 \(x^{4}+x^{3}+2x^{2}+x+1\) 之餘式。 因為 \(x^{4}+x^{3}+2x^{2}+x+1=(x^{2}+1)(x^{2}+x+1)\),所以
\[f(x)=(x^{2}+1)(x^{2}+x+1)q(x)+(Ax+B)(x^{2}+x+1)-x-2\mbox{。}\]
將 \(x^{2}=-1\) 代入,可得 \((Ax+B)(-1+x+1)-x-2=0\),也就是 \(Ax^{2}+(B-1)x-2=0\)。因為 \(x^{2}=-1\), 又可得 \(-A+(B-1)x-2=0\),也就是 \((-A-2)+(B-1)x=0\)。因此解得 \(A=-2\) 及 \(B=1\)。所以餘式為
\[(-2x+1)(x^{2}+x+1)-x-2=-2x^{3}-x^{2}-2x-1\mbox{。}\blacksquare\]

♠例題. 假設 \(f(x)=x^{3}+kx^{2}+lx+m\) 並滿足下列兩條件:

  • \(f(x)\) 除以 \(x^{2}+x+1\) 之餘式為 \(5x-3\)
  • \(f(x)\) 除以 \(x-1\) 之餘式為 \(-4\)

求 \(f(x)\)。

求解: 首先可知
\[f(x)=(x^{2}+x+1)(ax+b)+5x-3\mbox{。}\]
因為 \(f(1)=-4\),所以 \(f(1)=3(a+b)+5-3=-4\),解得 \(a+b=-2\)。因為 \(x^{3}\) 之係數為 \(1\),故 \(a=1\), 因此解得 \(b=-3\)。所以
\[f(x)=x^{2}+x+1)(x-3)+5x-3=x^{3}=2x^{2}+3x-6\mbox{。}\blacksquare\]
\end{Sol}

♠例題. 假設 \(f(x)=a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots +a_{1}x+a_{0}\) 是一個 \(n\) 次多項式,其中 \(a_{0},a_{1},\cdots ,a_{n}\) 皆為整數。若 \(ax-b\) 為 \(f(x)\) 之因式且 \(a,b\) 為互質整數。證明 \(a|a_{n}\) 及 \(b|a_{0}\)。並推論得 \(a-b|f(1)\) 及 \(a+b|f(-1)\)。

證明: 因為 \(ax-b\) 為 \(f(x)\) 之因式,所以 \(f(\frac{b}{a})=0\),也就是
\[a_{n}\left(\frac{b}{a}\right )^{n}+a_{n-1}\left(\frac{b}{a}\right )^{n-1}+\cdots+a_{1}\left(\frac{b}{a}\right )+a_{0}=0\mbox{。}\]
兩邊乘 \(a^{n}\) 則
\begin{equation}{\label{eq4}}\tag{4}
a_{n}b^{n}+a_{n-1}ab^{n-1}+\cdots +a_{1}a^{n-1}b+a_{0}a^{n}=0\mbox{。}
\end{equation}
因此可得
\[a\left (a_{n-1}b^{n-1}+\cdots +a_{1}ba^{n-2}+a_{0}a^{n-1}\right )=-a_{n}b^{n}\mbox{,}\]
所以 \(a|a_{n}b^{n}\)。因為 \(a,b\) 互質,所以 \(a,b^{n}\) 也互質。因此 \(a|a_{n}\)。另外, 由 (\ref{eq4}),亦可知
\[a_{n}b^{n}+a_{n-1}ab^{n-1}+\cdots +a_{1}a^{n-1}b=-a_{0}a^{n}\mbox{,}\]
也就是
\[b\left (a_{n}b^{n-1}+a_{n-1}ab^{n-2}+\cdots +a_{1}a^{n-1}\right )=-a_{0}a^{n}\mbox{。}\]
所以 \(b|a_{0}a^{n}\)。因為 \(a,b\) 互質,所以 \(a^{n},b\) 也互質。因此 \(b|a_{0}\)。 因為 \(ax-b|f(x)\),故得 \(a-b|f(1)\) 及 \(a+b|f(-1)\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 求 \(f(x)=7x^{5}+x^{4}+x^{3}+x^{2}+x-6\) 之所有一次整係數因式。

求解: 因為 \(ax-b|f(x)\),所以 \(a|7\) 及 \(b|6\)。故得 \(a=1,7\) 及 \(b=\pm 1,\pm 2,\pm 3,\pm 6\)。 因為 \(f(1)=5\neq 0\) 及 \(f(-1)=-13\neq 0\),所以 \(x+1\) 及 \(x-1\) 不是因式。 因為 \(a-b|f(1)\) 及 \(a+b|f(-1)\),所以 \(a=7\) 及 \(b=6\) 是唯一的一次整係數因式。 \(\blacksquare\)

\begin{equation}{\label{c}}\tag{C}\mbox{}\end{equation}

最高公因式與最低公倍式.

最高公因式 H.C.F. 的求法:

  • 因式分解法
  • 輾轉相除法: 假設 \(f(x)=g(x)q(x)+r(x)\) 則 \((f(x),g(x))=(g(x),r(x))\)
  • 去頭去尾法: 假設 \(d(x)|f(x)\) 及 \(d(x)|g(x)\) 則 \(d(x)|f(x)m(x)\pm g(x)n(x)\)

多項式 \(f(x),g(x)\) 之最低公倍式 L.C.M. 滿足下式
\[L.C.M.=\frac{f(x)g(x)}{H.C.F.}\mbox{。}\]
H.C.F.及L.C.M.不唯一,因可以乘一非零常數仍為H.C.F.及L.C.M.。

♠例題. 假設 \(f(x)=x^{3}+5x^{2}-18x-18\) 及 \(g(x)=x^{4}+7x^{3}+10x+12\),求H.C.F.及L.C.M.。

求解: 用輾轉相除法可得 H.C.F.為 \(x^{2}+8x+6\),因此L.C.M.為
\begin{align*}
L.C.M. & =\frac{f(x)g(x)}{H.C.F.}\\ & =\frac{(x^{3}+5x^{2}-18x-18)(x^{4}+7x^{3}+10x+12)}{x^{2}+8x+6}\\
& =(x-3)(x^{4}+7x^{3}+10x+12)\\ & =x^{5}+x^{4}-12x^{3}+10x^{2}-18x-36\mbox{。}\blacksquare
\end{align*}

♠例題. 求 \(f(x)=x^{50}-2x^{2}-1\) 及 \(g(x)=x^{48}-3x^{2}-4\) 之最高公因式。

求解: 假設 \(d(x)\) 為最高公因式,則 \(d(x)|f(x)\) 及 \(d(x)|g(x)\)。因此
\[d(x)|f(x)-x^{2}g(x)=3x^{4}+2x^{2}-1=(x^{2}+1)(3x^{2}-1)\mbox{。}\]
令 \(x^{2}+1=0\),則 \(x^{2}=-1\),因此可得 \(f(x)=g(x)=0\) 當 \(x^{2}=-1\)。 令 \(3x^{2}-1=0\),則 \(x^{2}=\frac{1}{3}\),因此可得 \(f(x)\neq 0\) 當 \(x^{2}=\frac{1}{3}\)。 故得 \(d(x)=x^{2}+1\)。 \(\blacksquare\)

♥習題. 求 \(f(x)=x^{2000}+2x^{2}+1\) 及 \(g(x)=x^{1998}+2x^{2}+3\) 之最高公因式。答:  \(x^{2}+1\)

♠例題. 假設 \(f(x)=2x^{3}-4x^{2}+2x+(2c+4)\) 與 \(g(x)=3x^{3}-6x^{2}+2x+(3c+5)\) 的最高公因式為一次式, 求 \(c\) 之值。

求解: 假設 \(d(x)\) 為其最高公因式,則 \(d(x)|f(x)\) 及 \(d(x)|g(x)\),因此 \(d(x)|3f(x)-2g(x)=2(x+1)\), 目的是要消去未知數 \(c\),也就是說 \(d(x)=x+1\)。故 \(f(-1)=0\),因此解得 \(c=2\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 假設 \(f(x)=x^{3}-3x^{2}+x-c+1\) 與 \(g(x)=x^{2}-3x+c-4\) 的最低公倍式為四次式,求 \(c\) 之值。

求解: 因為最低公倍式為四次式,所以最高公因式為一次式。 假設 \(d(x)\) 為其最高公因式,則 \(d(x)|f(x)\) 及 \(d(x)|g(x)\),因此
\[d(x)|f(x)+g(x)=x^{3}-2x^{2}-2x-3=(x-3)(x^{2}+x+1)\mbox{,}\]
目的是要消去未知數 \(c\),也就是說 \(d(x)=x-3\)。故 \(g(3)=0\),因此解得 \(c=4\)。 \(\blacksquare\)

♠例題. 假設 \(f(x)=x^{3}+x^{2}+ax+2\) 與 \(g(x)=x^{3}+2x^{2}+bx+1\) 的最高公因式為二次式,求 \(a,b\) 之值。

求解: 假設 \(d(x)\) 為其最高公因式,則 \(d(x)|f(x)\) 及 \(d(x)|g(x)\),因此
\[d(x)|g(x)-f(x)=x^{2}+(b-a)x-1\] 及 \[d(x)|2g(x)-f(x)=x^{3}+3x^{2}+(2b-a)x=x(x^{2}+3x+2b-a)\mbox{。}\]
因為 \(f(0)\neq 0\),所以 \(x\) 不為 \(f(x)\) 之因式,因此 \(=x^{2}+(b-a)x-1\) 及 \(x^{2}+3x+2b-a\) 皆為最高公因式,所以差一個倍數,也就是
\[\frac{1}{1}=\frac{b-a}{3}=\frac{-1}{2b-a}\mbox{。}\]
可得 \(b-a=3\) 及 \(2b-a=-\),最後解得 \(a=-7\) 及 \(b=-4\)。 \(\blacksquare\)

♥習題. 假設 \(f(x)=x^{3}+ax^{2}+11x+6\) 與 \(g(x)=x^{3}+bx^{2}+14x+8\) 的最高公因式為二次式,求 \(a,b\) 之值。 答:  \(a=6,b=7\)

♥習題.  假設 \(f(x)=2x^{2}+ax+3\) 與 \(g(x)=3x^{2}+4x+b\) 的最高公因式為 \(x+c\),其中 \(c\) 為整數,
且最低公倍式為 \(6x^{3}+17x^{2}+14x+3\),求 \(a,b,c\) 之值。答:  \(a=5,b=1,c=1\)

\begin{equation}{\label{d}}\tag{D}\mbox{}\end{equation}

多項函數與方程式.

函數 \(f(x)=ax^{2}+bx+c\),其中 \(a\neq 0\),稱為二次函數或二次多項函數。首先可得
\begin{align*} f(x) & =ax^{2}+bx+c\\ & =a\left (x+\frac{b}{2a}\right )^{2}-\frac{b^{2}-4ac}{4a}\mbox{,}\end{align*}
因此有下列性質:

  • 二次函數之圖形頂點為 \((-\frac{b}{2a},-\frac{b^{2}-4ac}{4a})\)。
  • 對稱軸為 \(x+\frac{b}{2a}=0\)。
  • 若 \(a>0\) 則開口向上,若 \(a<0\) 則開口向下。若 \(|a|\) 越大,則開口越小。
  • 與 \(y\) 軸的交點座標為 \((0,c)\)。
  • 若 \(b^{2}-4ac>0\),則圖形與 \(x\) 軸交於兩點,若 \(b^{2}-4ac<0\),則圖形與 \(x\) 軸不相交,若 \(b^{2}-4ac=0\),則圖形與 \(x\) 軸交於一點。

一個實係數 \(n\) 次多項式 \(a_{n}x^{n}+a_{n-1}x^{n-1}+\cdots +a_{1}x+a_{0}=0\), 當 \(a_{n}\neq 0\) 時恰有 \(n\) 個根。

  • 當 \(n\) 次多項式之係數皆為實數時,若 \(a+bi\) 為方程式之一根,則 \(a-bi\) 亦為其另一根。若 \(z\) 為複數,則 \(f(\bar{z})=\overline{f(z)}\)。
  • 當 \(n\) 次多項式之係數皆為有理數時,若 \(a+\sqrt{b}\) 為方程式之一根,其中 \(a,b\) 為有理數, 則 \(a-\sqrt{b}\) 亦為其另一根。
  • (中間值定理). 若 \(m\) 是介於 \(f(a)\) 及 \(f(b)\) 之間的任一數,則在 \(a,b\) 之間必存在一數 \(c\) 使得 \(f(c)=m\)。
  • (勘根定理). 若 \(f(a)\cdot f(b)<0\),則在 \(a,b\) 之間至少有一個 \(f(x)=0\) 之實根。
  • 若方程式的係數均為正,則此方程式無正根。若方程式的係數均為正負相間,則此方程式無負根。

♠例題.  假設 \(f(x)=x^{3}+ax+b\) 為實係數多項式,若 \(f(1+i)=7-8i\),求 \(f(1-i)\) 及 \(f\)。

求解:  因 \(f(\bar{z})=\overline{f(z)}\),所以 \(f(1-i)=7+8i\)。另外 \((1+i)^{3}+a(1+i)+b=7-8i\), 整理後可得 \((a+b-2)+(a+2)i=7-8i\),也就是$a+b-2=7$ 及 \(a+2=-8\),因此解得 \(a=-10\) 及 \(b=19\)。 \(\blacksquare\)

♠例題.  假設 \(f(x)=x^{4}-x^{3}+ax^{2}+7x+b\) 為實係數多項式,若 \(1+2i\) 為 \(f(x)=0\) 之一根, 求 \(f(x)=0\) 之所有根。

求解: 首先可知 \(1-2i\) 亦為其另一根,故
\[(x-(1+2i))(x-(1-2i))=x^{2}-2x+5\]
為 \(f(x)\) 之因式。因為長除法可得
\[f(x)=(x^{2}-2x+5)(x^{2}+x-1)+(a-3+1)x^{2}+b+5\]
所以 \(a-3+1=0\) 及 \(b+5=0\),因此解得 \(a=2\) 及 \(b=-5\)。另兩根為 \(x^{2}+x-1=0\) 之根, 為 \(\frac{-1\pm\sqrt{5}}{2}\)。 \(\blacksquare\)

♠例題.  假設 \(f(x)=x^{4}+ax^{3}-6x^{2}+bx+1\) 為有理係數多項式,若 \(1-\sqrt{2}\) 為 \(f(x)=0\) 之一根,求 \(f(x)=0\) 之所有根。

求解: 首先可知 \(1+\sqrt{2}\) 亦為其另一根,故
\[(x-(1-\sqrt{2}))(x-(1+\sqrt{2}))=x^{2}-2x-1\]
為 \(f(x)\) 之因式。因為長除法可得
\[f(x)=(x^{2}-2x-1)(x^{2}+(a+2)x-1)+2ax^{2}+(b+a)x\]
所以解得 \(a=0\) 及 \(b=0\)。另兩根為 \(x^{2}+2x-1=0\) 之根,為 \(-1+\sqrt{2}\) 及 \(-1-\sqrt{2}\)。 \(\blacksquare\)

♠例題.  若方程式 \(x^{3}-2x^{2}+3x+1-k=0\) 有根介於 \(1\) 與 \(2\) 之間,求 \(k\) 的範圍。

求解: 令 \(f(x)=x^{3}-2x^{2}+3x+1-k\),則 \(f(1)\cdot f(2)<0\),也就是
\[(1-2+3+1-k)(8-8+6+1-k)<0\mbox{。}\]
因此 \((k-3)(k-7)<0\),解得 \(3<k<7\)。 \(\blacksquare\)

\begin{equation}{\label{e}}\tag{E}\mbox{}\end{equation}

根與係數.

假設 \(\alpha\) 及 \(\beta\) 為 \(ax^{2}+bx+c=0\) 之兩根,則
\[\alpha+\beta=-\frac{b}{a}\mbox{ 及 }\alpha\cdot\beta=\frac{c}{a}\mbox{。}\]
假設 \(\alpha,\beta,\gamma\) 為 \(ax^{3}+bx^{2}+cx+d=0\) 之三根,則
\[\alpha+\beta+\gamma=-\frac{b}{a}\mbox{,}\quad\alpha\cdot\beta+\beta\gamma+\alpha\gamma
=\frac{c}{a}\mbox{ 及 }\alpha\cdot\beta\cdot\gamma=-\frac{d}{a}\mbox{。}\]

♠例題.  假設方程式 \(f(x)=x^{3}+3x^{2}+mx-n=0\) 之三根成等差數列,求 \(m+n\) 之值。

求解: 假設三根為 \(a-d,a,a+d\),則其和為 \(3a=-3\),解得 \(a=-1\) 為其一根,所以 \(f(-1)=0\), 也就是 \(-1+3-m-n=0\),得 \(m+n=2\)。 \(\blacksquare\)

 

 

Hsien-Chung Wu
Hsien-Chung Wu
文章: 183

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