左邊為多項式的方程
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代數基本定理說,復系數代數方程在復數域至少有一個根。如果x1是一個根,則Pn(x)一定可被(x-x1)所除盡,其商為(n-1)次多項式。如果n>1,其商至少又有一個根x2,它也是原來方程的一個根。因此n次代數方程總是有n個根x1,x2,…,xn,其中可能有相同的根,叫做重根。
二次方程可以用公式求根,公式內包含某數的平方根;標準三次方程也可以用公式求根,公式內包含三次根;標準四次方程的對應多項式可以分解成兩個二次式的乘積,其系數在求出對應三次方程的一個根後也可用公式求出;五次及五次以上的代數方程一般不能用根式求解。
將超越方程f(x)=0左端換成多項式Pn(x),超越方程就變成高次代數方程。因此超越方程求根的各種方法,例如割線法、牛頓法均可用於求高次代數方程的根(見超越方程數值解法)。下面是利用多項式性質的三種求根方法。
劈因子法 用x的二次式
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r(x)=r1(x)+r2,
因而有Pn(x)=U(x)Q(x)+r(x)。 (1)
設 U( x)是一個近似二次因式,問題是怎樣修改 u 1和 u 2使對應的餘式更接近於零。為此,作線性近似,取![](/img3/5113.gif)
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伯努利法 設E是使數列Fk的下標增加1的運算子,即
EFk=Fk+1,
則齊次常系數線性差分方程![](/img3/5119.gif)
給定(F0,F1,…,Fn-1)的定值例如(0,0,…,1)即可依次從(3)算出Fn,Fn+1,…。這樣就定出差分方程的一個特解。
如果特征根各不相同,則差分方程的一般解是
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設方程的最大根是一對共軛復根:
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勞思表格法 設給定代數方程Pn(x)=0的系數都是實數,其中α0=1。勞思表格的計算方法如下:
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設Pn(x)的勞思表格判明在右半平面上沒有根,則在負實軸上選新原點-α。選α充分大,則在新原點的右半平面上有根,最大實部根的實部在(-α,0)區間內。用中點分割法可以求出最大實部根。
在高次代數方程求根的過程中,往往會遇到病態多項式,它的系數的微小變化會引起零點的很大變化。因此,在電子計算機上編制通用求根程序時,計算機運算必須按高精度進行,即至少用雙倍精度進行。
若已求出多項式Pn(x)的一個實零點或一對共軛復零點,就可以用綜合除法將原多項式化成一低次的多項式,這樣可以依次求出Pn(x)的n個零點。但是,降階運算帶來瞭誤差積累。如果求根次序按模從大到小進行,則降階過程中引入的誤差對後面一些小根精度的影響可能是嚴重的;但如果按從小到大的次序進行,即使對於病態多項式,一般也不會影響後面求的根的精度。
參考書目
清華大學、北京大學《計算方法》編寫組編:《計算方法》,上冊,科學出版社,北京,1974。