2次方程式$ax^2+bx+c=0$の解が であることはよく知られており,これを[2次方程式の解の公式]といいますね. そこで[2次方程式の解の公式]があるなら[3次方程式の解の公式]はどうなのか,つまり 「3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$の解はどう表せるのか?」 と考えることは自然なことと思います. 歴史的には[2次方程式の解の公式]は紀元前より知られていたものの,[3次方程式の解の公式]が発見されるには16世紀まで待たなくてはなりません. この記事では,[3次方程式の解の公式]として知られる「カルダノの公式」の 歴史 と 導出 を説明します. 解説動画 この記事の解説動画をYouTubeにアップロードしています. 【3次方程式の解の公式】カルダノの公式の歴史と導出と具体例(13分44秒) この動画が良かった方は是非チャンネル登録をお願いします! 16世紀のイタリア まずは[3次方程式の解の公式]が知られた16世紀のイタリアの話をします. 三次 関数 解 の 公益先. ジェロラモ・カルダノ かつてイタリアでは数学の問題を出し合って勝負する公開討論会が行われていた時代がありました. 公開討論会では3次方程式は難問とされており,多くの人によって[3次方程式の解の公式]の導出が試みられました. そんな中,16世紀の半ばに ジェロラモ・カルダノ (Gerolamo Cardano)により著書「アルス・マグナ(Ars Magna)」が執筆され,その中で[3次方程式の解の公式]が示されました. なお,「アルス・マグナ」の意味は「偉大な術」であり,副題は「代数学の諸法則」でした. このようにカルダノによって[3次方程式の解の公式]は世の中の知るところとなったわけですが,この「アルス・マグナ」の発刊に際して重要な シピオーネ・デル・フェロ (Scipione del Ferro) ニコロ・フォンタナ (Niccolò Fontana) を紹介しましょう. デル・フェロとフォンタナ 15世紀後半の数学者であるデル・フェロが[3次方程式の解の公式]を最初に導出したとされています. デル・フェロは自身の研究をあまり公表しなかったため,彼の導出した[3次方程式の解の公式]が日の目を見ることはありませんでした. しかし,デル・フェロは自身の研究成果を弟子に託しており,弟子の一人であるアントニオ・マリア・デル・フィオール(Antonio Maria del Fiore)はこの結果をもとに討論会で勝ち続けていたそうです.
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そんな折,デル・フェロと同じく数学者のフォンタナは[3次方程式の解の公式]があるとの噂を聞き,フォンタナは独自に[3次方程式の解の公式]を導出しました. 実はデル・フェロ(フィオール)の公式は全ての3次方程式に対して適用することができなかった一方で,フォンタナの公式は全ての3時方程式に対して解を求めることができるものでした. そのため,フォンタナは討論会でフィオールが解けないパターンの問題を出題することで勝利し,[3次方程式の解の公式]を導いたらしいとフォンタナの名前が広まることとなりました. カルダノとフォンタナ 後に「アルス・マグナ」を発刊するカルダノもフォンタナの噂を聞きつけ,フォンタナを訪れます. カルダノは「公式を発表しない」という約束のもとに,フォンタナから[3次方程式の解の公式]を聞き出すことに成功します. しかし,しばらくしてカルダノはデル・フェロの公式を導出した原稿を確認し,フォンタナの前にデル・フェロが公式を得ていたことを知ります. そこでカルダノは 「公式はフォンタナによる発見ではなくデル・フェロによる発見であり約束を守る必要はない」 と考え,「アルス・マグナ」の中で「デル・フェロの解法」と名付けて[3次方程式の解の公式]を紹介しました. 同時にカルダノは最初に自身はフォンタナから教わったことを記していますが,約束を反故にされたフォンタナは当然激怒しました. その後,フォンタナはカルダノに勝負を申し込みましたが,カルダノは受けなかったと言われています. 以上のように,現在ではこの記事で説明する[3次方程式の解の公式]は「カルダノの公式」と呼ばれていますが, カルダノによって発見されたわけではなく,デル・フェロとフォンタナによって別々に発見されたわけですね. 三次 関数 解 の 公式ホ. 3次方程式の解の公式 それでは3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$の解の公式を導きましょう. 導出は大雑把には 3次方程式を$X^3+pX+q=0$の形に変形する $X^3+y^3+z^3-3Xyz$の因数分解を用いる の2ステップに分けられます. ステップ1 3次方程式といっているので$a\neq0$ですから,$x=X-\frac{b}{3a}$とおくことができ となります.よって, とすれば,3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$は$X^3+pX+q=0$となりますね.
哲学的な何か、あと数学とか|二見書房 分かりました。なんだか面白そうですね! ところで、四次方程式の解の公式ってあるんですか!? 三次方程式の解の公式であれだけ長かったのだから、四次方程式の公式っても〜っと長いんですかね?? 面白いところに気づくね! 確かに、四次方程式の解の公式は存在するよ!それも、とても長い! 見てみたい? はい! これが$$ax^4+bx^3+cx^2+dx+e=0$$の解の公式です! 四次方程式の解の公式 (引用:4%2Bbx^3%2Bcx^2%2Bdx%2Be%3D0) すごい…. ! 期待を裏切らない長さっ!って感じですね! 実はこの四次方程式にも名前が付いていて、「フェラーリの公式」と呼ばれている。 今度はちゃんとフェラーリさんが発見したんですか? うん。どうやらそうみたいだ。 しかもフェラーリは、カルダノの弟子だったと言われているんだ。 なんだか、ドラマみたいな人物関係ですね…(笑) タルタリアさんは、カルダノさんに三次方程式の解の公式を取られて、さらにその弟子に四次方程式の解の公式を発見されるなんて、なんだかますますかわいそうですね… たしかにそうだね…(笑) じゃあじゃあ、話戻りますけど、五次方程式の解の公式って、これよりもさらに長いんですよね! と思うじゃん? え、短いんですか? 三次 関数 解 の 公式サ. いや…そうではない。 実は、五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んだ。 え、存在しないんですか!? うん。正確には、五次以上の次数の一般の方程式には、解の公式は存在しない。 これは、アーベル・ルフィニの定理と呼ばれている。ルフィニさんがおおまかな証明を作り、アーベルさんがその証明の足りなかったところを補うという形で完成したんだ。 へぇ… でも、将来なんかすごい数学者が出てきて、ひょっとしたらいつか五次方程式の解の公式が見つかるかもしれないですね! そう考えると、どんな長さになるのか楽しみですねっ! いや、「存在しないことが証明されている」から、存在しないんだ。 今後、何百年、何千年たっても存在しないものは存在しない。 存在しないから、絶対に見つかることはない。 難しいけど…意味、わかるかな? えっ、でも、やってみないとわからなく無いですか? うーん… じゃあ、例えばこんな問題はどうだろう? 次の式を満たす自然数$$n$$を求めよ。 $$n+2=1$$ えっ…$$n$$は自然数ですよね?
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