3次方程式や4次方程式の解の公式がどんな形か、知っていますか?3次方程式の解の公式は「カルダノの公式」、4次方程式の解の公式は「フェラーリの公式」と呼ばれています。そして、実は5次方程式の解の公式は存在しないことが証明されているのです… はるかって、もう二次方程式は習ったよね。 はい。二次方程式の解の公式は中学生でも習いましたけど、高校生になってから、解と係数の関係とか、あと複素数も入ってきたりして、二次方程式にも色々あるんだなぁ〜という感じです。 二次方程式の解の公式って言える? はい。 えっくすいこーるにーえーぶんのまいなすびーぷらすまいなするーとびーにじょうまいなすよんえーしーです。 二次方程式の解の公式 $$ax^2+bx+c=0(a\neq 0)$$のとき、 $$\displaystyle x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$ ただし、$$a, b, c$$は実数 うん、正解! それでは質問だ。なぜ一次方程式の解の公式は習わないのでしょうか? え、一次方程式の解の公式ですか…? そういえば、何ででしょう…? ちなみに、一次方程式の解の公式を作ってくださいと言われたら、できる? うーんと、 まず、一次方程式は、$$ax+b=0$$と表せます。なので、$$\displaystyle x=-\frac{b}{a}$$ですね! おっけーだ!但し、$$a\neq 0$$を忘れないでね! 三次方程式の解の公式 [物理のかぎしっぽ]. 一次方程式の解の公式 $$ax+b=0(a\neq 0)$$のとき、 $$\displaystyle x=-\frac{b}{a}$$ じゃあ、$$2x+3=0$$の解は? えっ、$$\displaystyle x=-\frac{3}{2}$$ですよね? うん。じゃあ$$-x+3=0$$は? えっと、$$x=3$$です。 いいねー 次は、$$3x^2-5x+1=0$$の解は? えっ.. ちょ、ちょっと待って下さい。計算します。 いや、いいよ計算しなくても(笑) いや、でもさすがに二次方程式になると、暗算ではできません… あっ、そうか。一次方程式は公式を使う必要がない…? と、いうと? えっとですね、一次方程式ぐらいだと、公式なんか使わなくても、暗算ですぐできます。 でも、二次方程式になると、暗算ではできません。そのために、公式を使うんじゃないですかね?
ステップ2 1の原始3乗根の1つを$\omega$とおくと,因数分解 が成り立ちます. 1の原始3乗根 とは「3乗して初めて1になる複素数」のことで,$x^3=1$の1でない解はどちらも1の原始3乗根となります.そのため, を満たします. よって を満たす$y$, $z$を$p$, $q$で表すことができれば,方程式$X^3+pX+q=0$の解 を$p$, $q$で表すことができますね. さて,先ほどの連立方程式より となるので,2次方程式の解と係数の関係より$t$の2次方程式 は$y^3$, $z^3$を解にもちます.一方,2次方程式の解の公式より,この方程式の解は となります.$y$, $z$は対称なので として良いですね.これで,3次方程式が解けました. 結論 以上より,3次方程式の解の公式は以下のようになります. 3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$の解は である.ただし, $p=\dfrac{-b^2+3ac}{3a^2}$ $q=\dfrac{2b^3-9abc+27a^2d}{27a^3}$ $\omega$は1の原始3乗根 である. 具体例 この公式に直接代入して計算するのは現実的ではありません. そのため,公式に代入して解を求めるというより,解の導出の手順を当てはめるのが良いですね. 方程式$x^3-3x^2-3x-4=0$を解け. 単純に$(x-4)(x^2+x+1)=0$と左辺が因数分解できることから解は と得られますが,[カルダノの公式]を使っても同じ解が得られることを確かめましょう. なお,最後に$(y, z)=(-2, -1)$や$(y, z)=(-\omega, -2\omega^2)$などとしても,最終的に $-y-z$ $-y\omega-z\omega^2$ $-y\omega^2-z\omega$ が辻褄を合わせてくれるので,同じ解が得られます. 参考文献 数学の真理をつかんだ25人の天才たち [イアン・スチュアート 著/水谷淳 訳/ダイヤモンド社] アルキメデス,オイラー,ガウス,ガロア,ラマヌジャンといった数学上の25人の偉人が,時系列順にざっくりとまとめられた伝記です. カルダノもこの本の中で紹介されています. 三次 関数 解 の 公益先. しかし,上述したようにカルダノ自身が重要な発見をしたわけではないので,カルダノがなぜ「数学の真理をつかんだ天才」とされているのか個人的には疑問ではあるのですが…… とはいえ,ほとんどが数学界を大きく発展させるような発見をした人物が数多く取り上げられています.
ノルウェーの切手にもなっているアーベル わずか21歳で決闘に倒れた悲劇の天才・ガロア
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