quote:
Op zondag 28 september 2014 20:25 schreef netchip het volgende:Hoe zou je een vergelijking als: 0.1x
4+0.1x
3-12x
2-25x-50 = 0, exact kunnen oplossen? Wij moeten dit nu met de Grafische Rekenmachine doen, maar ik bepaal de oplossing liever exact.
Het is maar de vraag of je de oplossingen van deze vergelijking nog steeds liever exact bepaalt nadat ik je heb laten zien hoe dit gaat.
Voor de oplossing van een vierdegraadsvergelijking bestaan verschillende methoden waar ook weer allerlei varianten op bestaan, maar in de literatuur vind je vooral de methoden die zijn aangegeven door (in chronologische volgorde) Ferrari, Descartes en Euler. De oudste methode van Ferrari (een leerling en protégé van Cardano) is wel het eenvoudigst en heeft tevens het voordeel dat we de vergelijking niet eerst in gereduceerde vorm hoeven te brengen (een gereduceerde vierdemachtsvergelijking is een vergelijking waarin de term met x
3 ontbreekt).
Als je een indruk wil krijgen van de manier waarop deze methode werkt, dan kan ik je aanraden
deze post van mij eens door te nemen. In deze post gaat het over de oplossing van een klassiek probleem, het probleem van de kruisende ladders: in een nauwe steeg staan twee ladders van resp. 2 en 3 meter lang waarbij de onderzijde van elke ladder op de grond tegen de muur aan staat terwijl de bovenzijde van elke ladder tegen de muur aan de andere kant van de steeg steunt. In zijaanzicht kruisen de ladders elkaar op een hoogte van precies 1 meter boven de bestrating van de steeg, en gevraagd wordt nu de exacte breedte van de steeg te bepalen. Dit vraagstuk leidt tot een vierdegraadsvergelijking die niet eenvoudig is op te lossen.
quote:
Nog eentje: x3 - 4x2 + 3 = 0
Derdegraadsvergelijkingen oftewel kubische vergelijkingen kun je in het algemeen oplossen met een methode die gewoonlijk naar Cardano wordt vernoemd, maar die niet door hem is bedacht, maar wel als eerste door hem in 1545 is gepubliceerd. In zijn boek gaf Cardano ook een methode voor de oplossing van vierdegraadsvergelijkingen zoals die door zijn leerling Ferrari was ontwikkeld. Voor een complete uitleg van de naar Cardano vernoemde methode voor de oplossing van een kubische vergelijking verwijs ik je naar
deze post van mij.
Als een derdegraadsvergelijking (met reële coëfficiënten) echter drie (verschillende) reële oplossingen heeft, dan geven de formules die de oplossingen uitdrukken deze oplossingen weer in de vorm van derdemachtswortels uit complexe getallen, die in het algemeen niet op een algebraïsche manier zijn te herleiden, en pogingen om dat wel te doen voeren dan tot een derdemachtsvergelijking die equivalent is met de oorspronkelijke, zodat je dan weer terug bent bij af. Daarom noemde men deze patstelling bij de oplossing van kubische vergelijkingen
casus irreducibilis. Deze patstelling werd doorbroken door Viète, die liet zien dat de kubische vergelijking dan met behulp van goniometrie toch is op te lossen. Pas veel later is men echt gaan begrijpen hoe dit kan en waarom dit zo is, zie
hier.
De kubische vergelijking die je hier geeft is echter eenvoudig exact op te lossen, want zoals Janneke al heeft aangegeven is x = 1 een oplossing van deze vergelijking, en dat houdt in dat het polynoom x
3 − 4x
2 + 3 een factor (x − 1) bevat. Deze factor kunnen we nu buiten haakjes halen, als volgt
x
3 − 4x
2 + 3 = 0
x
2(x − 1) − 3x
2 + 3 = 0
x
2(x − 1) − 3x(x − 1) − 3x + 3 = 0
x
2(x − 1) − 3x(x − 1) − 3(x − 1) = 0
(x − 1)(x
2 − 3x − 3) = 0
x − 1 = 0 ∨ x
2 − 3x − 3 = 0
Nu gaan we verder met het oplossen van de vierkantsvergelijking, en dat kan bijvoorbeeld als volgt (methode van Sridhara):
x
2 − 3x − 3 = 0
4x
2 − 12x − 12 = 0
(2x − 3)
2 − 9 − 12 = 0
(2x − 3)
2 = 21
2x − 3 = ±√21
x = 3/2 ± ½√21
De kubische vergelijking x
3 − 4x
2 + 3 = 0 heeft dus drie reële oplossingen x
1 = 1, x
2 = 3/2 + ½√21, x
3 = 3/2 − ½√21. Uit de coëfficiënten van de kubische vergelijking is af te lezen dat moet gelden x
1 + x
2 + x
3 = 4 en x
1x
2x
3 = −3 en je kunt gemakkelijk nagaan dat dit inderdaad klopt.