韦达定理

法国·韦达建立的方程根与系数的关系
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韦达定理说明了一元二次方程中根和系数之间的关系。 [1]
法国数学家韦达(F. Vieta,1540—1603)第一次有意识地使用系统的代数字母与符号,以辅音字母表示已知量,元音字母表示未知量,推进了方程论的发展,使代数成为一般类型的形式和方程的学问,因其抽象而应用更为广泛,被称为“代数符号之父”,在研究一元二次方程的解法时,他发现了一元二次方程的根与系数之间存在的特殊关系。 [2]由于韦达最早发现代数方程的根与系数之间有这种关系,人们把这个关系称为韦达定理。 [3]
中文名
韦达定理
外文名
Vieta theorem
提出者
弗朗索瓦·韦达
提出时间
1615年
适用领域
方程论 初等数学 解析几何 三角
应用学科
数学代数

定理关系

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设一元二次方程
中,两根x₁、x₂有如下关系:
[4]

数学推导

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由一元二次方程求根公式知:
则有:

定理推广

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逆定理

如果两数α和β满足如下关系:α+β=
,α·β=
,那么这两个数α和β是方程
的根。
通过韦达定理的逆定理,可以利用两数的和积关系构造一元二次方程。 [5]

推广定理

韦达定理不仅可以说明一元二次方程根与系数的关系,还可以推广说明一元n次方程根与系数的关系。
定理:
设复系数一元n次方程
的根为
,则成立:
即:所有根之和为(n-1)次项系数与n次项系数之比的相反数,所有根之积为常数项与n次项系数之比再乘以(-1)n
注:该推广形式的证明一般无法根据求根公式进行,因为5次以上的一元方程没有求根公式。证明步骤较繁琐,是通过将左边的多项式因式分解成
之后,再去括号,比较相同次数的项的系数从而得出结论。这个方法具有普遍性,即使是有求根公式的方程,亦可以通过该方法证明韦达定理,而无需借助求根公式。 [6]

发展简史

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公元前 2000 年左右,古巴比伦的数学家就能解简单的一元二次方程了,古埃及的纸草文书中也有所提及。公元前 480 年,中国数学家使用配方法求得了二次方程的正根,还在方程的研究中应用了内插法,可惜的是,并没有提出通用的求解方法。
公元 628 年,印度数学家婆罗摩笈多出版了《婆罗摩修正体系》,给出了一元二次方程 x2 + px + q = 0的一个求根公式。公元 820 年,阿拉伯数学家花拉子米出版了《代数学》。书中讨论到方程的解法,除了给出二次方程的几种特殊解法外,还第一次给出了一元二次方程的一般解法。他把方程的未知数叫做“根”,承认方程有两个根,并有无理根存在。同样可惜,他未认识到虚根这个概念。
16 世纪,意大利的数学家们为了解三次方程而开始应用复数根。与此同时,法国数学家韦达在研究二次方程时注意到,如果一次项的系数是两个数之和的相反数,而常数项是这两个数的乘积,则这两个数就是这个方程的根。虽然,由于时代的局限性,韦达当时没能从理论上证明,但他的数学思想和数学著作都大大充实了数学宝库。
历史是有趣的,虽然韦达在 16 世纪就得出了这个定理,但是要证明这个定理却需要依靠代数基本定理,而代数基本定理却在 1799 年才被高斯第一次实质性地论证。1615年,韦达生前写成的《论方程的整理与修正》一书出版 [11]。书中对一元三次方程、一元四次方程的解法做出了改进,并揭示了方程根与系数的关系。 [7]

定理意义

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韦达定理在求根的对称函数,讨论二次方程根的符号、解对称方程组以及解一些有关二次曲线的问题都凸显出独特的作用。
一元二次方程的根的判别式
(a,b,c分别为一元二次方程的二次项系数,一次项系数和常数项)。韦达定理与根的判别式的关系更是密不可分。
根的判别式是判定方程是否有实根的充要条件,韦达定理说明了根与系数的关系。无论方程有无实数根,实系数一元二次方程的根与系数之间适合韦达定理。判别式与韦达定理的结合,则更有效地说明与判定一元二次方程根的状况和特征。 [1]
韦达定理最重要的贡献是对代数学的推进,它最早系统地引入代数符号,推进了方程论的发展,用字母代替未知数,指出了根与系数之间的关系。韦达定理为数学中的一元方程的研究奠定了基础,对一元方程的应用创造和开拓了广泛的发展空间。 [8]
利用韦达定理可以快速求出两方程根的关系,韦达定理应用广泛,在初等数学、解析几何、平面几何、方程论中均有体现。 [9-10]