2011年9月21日水曜日

3次方程式が重根を持つ条件

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「微分・積分」の勉強

以下の問題は、微分の基礎知識を勉強した後で解いてください。

【難問1】三次の方程式
+ax+b=0 (式1)
の根が重根を持つ場合に、パラメータaとbの間に成り立つ関係を求めよ。
(注意:どの3次方程式も変数を変換することでこの形の式に帰着できる)


(解答の方針)
この問題は、
方程式
f(x)=0 (式2)
が重根を持つ場合に以下の関係が成り立つという知識が無いと解くのがとても難しい問題ではないかと思います。

方程式2の重根の解x=αにおいて、
f’(α)=0 (式3)
が成り立つ。
すなわち、方程式2を微分した方程式の解も、その重根の解x=αと同じ解を持つ。
これは、以下のようにして証明できます。
(証明開始)
f(x)=(x-α)g(x)
という式であるとすると、この式を微分すると以下の式が得られる。
f’(x)=2(x-α)g(x)+(x-α)g’(x)
=(x-α){2g(x)+(x-α)g’(x)}
よって、
f’(α)=0 (式3)
が成り立つ。
(証明終わり)

そのため、
f(x)=x+ax+b=0 (式1)
の根が重根を持つ場合に、
f’(x)=3x+a=0 (式4)
の根の1つが、式1の根と等しい。
そのため、
式1と式4を連立させて、両式がともに成り立つxの値が、式1の重根である。
この公式を知っていれば、この問題は解ける。

【問2】三次の方程式


の根が重根を持つ場合に、パラメータcのみが未知数の場合にcの値を求めよ。

【難問3】三次の方程式


の根が重根を持つ場合に、パラメータkのみが未知数の場合にkの値を求めよ。

【難問4】三次の方程式


の根が重根を持つ場合に、パラメータaのみが未知数の場合にaの値を求めよ。

【難問5】三次の方程式


の根が重根を持つ場合に、パラメータa、k、cの間に成り立つ関係を求めよ。

この問題の解答はここをクリックした先にある。


リンク:
三次方程式の判別式
3次方程式で1つの根がわかっている場合の残りの根
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