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【趣味數(shù)學(xué)題】奧瑪·哈雅姆三次方程

2021-08-29 10:28 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

鄭濤(Tao Steven Zheng)著

【問題】

奧瑪·哈雅姆 (Omar Khayyam,1048 年 – 1131 年)通過把解形式為 x%5E3%20%2B%20ax%20%3D%20b%20 的三次方程的問題轉(zhuǎn)化為找出圓和拋物線之交點的問題:


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ax%5E2%20%2B%20y%5E2%20%3D%20qx%20%5C%5C%0Ax%5E2%20%3D%20py%0A%5Cend%7Bcases%7D


其中 a%2Cb%2Cp%2Cq? 是正數(shù)。

題一: 推得 p%2Cqa%2C%20b 的關(guān)系。

題二: 通過繪制兩個圓錐曲線并定位交點,用哈雅姆的方法求解三次方程 x%5E3%20%2B%204x%20%3D%2016%20。



【題解】

題一解
把第一個方程寫成 y%5E2%20%3D%20x(q-x)%20,把第二個方程寫成 y%3D%5Cfrac%7Bx%5E2%7D%7Bp%7D將第二個方程代入第一個方程來消除 y,得 %5Cfrac%7Bx%5E4%7D%7Bp%5E2%7D%20%3D%20x(q-x)。

因此,

x%5E3%20%3D%20p%5E2%20(q-x)


x%5E3%20%2B%20p%5E2%20x%20%3D%20p%5E2%20q


與三次方程 x%5E3%20%2B%20ax%20%3D%20b%20 匹配項,得


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ap%5E2%20%3D%20a%20%5C%5C%0Aq%20%3D%20%5Cfrac%7Bb%7D%7Ba%7D%0A%5Cend%7Bcases%7D


因為 a%2Cb%2Cp%2Cq%20 都是正數(shù),


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ap%20%3D%20%5Csqrt%7Ba%7D%20%5C%5C%0Aq%20%3D%20%5Cfrac%7Bb%7D%7Ba%7D%0A%5Cend%7Bcases%7D


題二解
對于方程 x%5E3%20%2B%204x%20%3D%2016 ,a%20%3D%204%20b%20%3D%2016。所以,


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ap%20%3D%20%5Csqrt%7B4%7D%20%3D%202%20%5C%5C%0Aq%20%3D%20%5Cfrac%7B16%7D%7B4%7D%20%3D%204%0A%5Cend%7Bcases%7D


然后繪制兩個圓錐曲線(二元二次方程)


%5Cbegin%7Bcases%7D%0Ax%5E2%20%2B%20y%5E2%20%3D%204x%20%5C%5C%0Ax%5E2%20%3D%202y%0A%5Cend%7Bcases%7D


以上圖所示,交點為 (0,0) 和 (2,2)。把這兩個交點的 x 數(shù)值代入 x%5E3%20%2B%204x%20%3D%2016 時, 我們發(fā)現(xiàn) 此三次方程只有一個解 x%20%3D%202。




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