mathserfer.narod.ru

Теория по высшей математике

‹-- Назад

Корни многочленов

В разделе "Решение квадратных уравнений с вещественными коэффициентами" мы видели, что в поле комплексных чисел любой квадратный трехчлен с вещественными коэффициентами имеет корни, этих корней два, если дискриминант отличен от нуля, и один в противном случае. Теперь, когда мы имеем возможность извлекать корни из комплексных чисел, мы можем найти корни квадратного трехчлена с комплексными коэффициентами, то есть решить уравнение

где , ,  -- комплексные числа, .

Выполняя те же действия, что и в разделе "Решение квадратных уравнений с вещественными коэффициентами", приходим к уравнению

Обозначив , , получим уравнение , где . Такое уравнение мы умеем решать. В результате получатся два корня, если , и один, если . Так как тогда и только тогда, когда дискриминант равен нулю, то количество корней определяется тем же условием: равен дискриминант нулю или нет. Кроме того, заметим, что если , то и . Поэтому корни уравнения можно записать в виде

где означает одно из решений (любое!) уравнения . Отметим, что формулы (17.5) также можно записать в виде (17.16), так как при вещественном выполнено .

Оказывается, что в поле комплексных чисел корни всегда существуют не только у квадратного трехчлена, но и у любого многочлена.

Данная теорема по традиции называется основной теоремой алгебры. Доказательство ее достаточно сложное и поэтому здесь оно не приводится.

Интересно выяснить, сколько корней имеет многочлен степени . Мы уже знаем, что если , то корень один, если , то, как учили в школе, корней два. Кроме того, мы уже выяснили, что многочлен имеет ровно различных корней, если .

Доказательство пропускаем. Читатель может найти его в [5].

Очевидно, что в указанном разложении числа , ,..., являются корнями многочлена и других корней у него быть не может. Однако среди чисел могут быть и одинаковые. Поэтому корней может быть меньше, чем . Число одинаковых скобок в разложении (17.17) называется кратностью соответствующего корня. Например, если

то  -- корень кратности 2, и  -- корни кратности 1 или, иначе, простые корни.

Из предыдущей теоремы легко получить теорему, дающую ответ на вопрос о числе корней многочлена.

По вопросу практического нахождения корней стоит отметить следующее. Для нахождения корней многочленов третьей и четвертой степеней существуют формулы, позволяющие выразить корни многочлена через его коэффициенты. Для многочлена третьей степени -- это формула Кардано. Нахождение корней многочлена четвертой степени сводится к нахождению корней многочлена третьей степени методом, принадлежащим Феррари. Для многочленов выше четвертой степени доказано, что их корни нельзя выразить через их коэффициенты с помощью радикалов.

Однако, даже для многочленов третьей и четвертой степени, как правило, корни находят без использования указанных выше формул, так как те дают очень громоздкие выражения. Обычно корни находят приближенно, с помощью различных вычислительных алгоритмов (см. главу 9).