一元三次方程的求根公式被称为“卡尔丹诺公式”或“卡丹公式”,其标准形式为:
\[ x^3 + px + q = 0 \]
其中 \( p \) 和 \( q \) 是常数。该公式可以表示为:
\[ x = \left( -\frac{q}{2} - \sqrt{\left(\frac{q}{2}\right)^2 + \left(\frac{p}{3}\right)^3} \right)^{\frac{1}{3}} + \left( -\frac{q}{2} + \sqrt{\left(\frac{q}{2}\right)^2 + \left(\frac{p}{3}\right)^3} \right)^{\frac{1}{3}} \]
这个公式是由意大利学者卡尔丹(Cardano G.)在1545年首先发表的,因此得名卡尔丹公式。
解释
变量代换 :首先将方程 \( x^3 + px + q = 0 \) 转化为 \( x + px + q = 0 \),然后通过变量代换 \( x = y - \frac{p}{3} \) 将其简化为 \( y^3 + qy + \left(\frac{p}{3}\right)^3 = 0 \)。求解:
通过求解这个新的方程,可以得到 \( y \) 的值,进而得到原方程的解。
示例
假设有一个一元三次方程 \( x^3 - 6x^2 + 11x - 6 = 0 \),其中 \( a = 1 \),\( b = -6 \),\( c = 11 \),\( d = -6 \)。
计算判别式
\[ \Delta = \left(\frac{q}{2}\right)^2 + \left(\frac{p}{3}\right)^3 = \left(\frac{-6}{2}\right)^2 + \left(\frac{11}{3}\right)^3 = 9 + \frac{1331}{27} = \frac{1250}{27} \]
应用公式
\[ x = \left( -\frac{-6}{2} - \sqrt{\frac{1250}{27}} \right)^{\frac{1}{3}} + \left( -\frac{-6}{2} + \sqrt{\frac{1250}{27}} \right)^{\frac{1}{3}} \]
\[ x = \left( 3 - \sqrt{\frac{1250}{27}} \right)^{\frac{1}{3}} + \left( 3 + \sqrt{\frac{1250}{27}} \right)^{\frac{1}{3}} \]
通过计算可以得到三个根 \( x_1, x_2, x_3 \)。
注意事项
卡尔丹公式适用于所有实数系数的一元三次方程,但对于复数系数的情况,需要使用更复杂的公式,如盛金公式。
在实际应用中,计算平方根和立方根时需要注意精度问题,以避免舍入误差。