Теорема Виета

Франсуа Виет родился в 1540 г. во Франции в Фонтене-ле-Конт. По образованию юрист. Он много занимался адвокатской деятельностью, а с 1571 по 1584 г. был советником королей Георга III и Георга IV. Но все свое свободное время, весь свой досуг он отдавал занятиям математикой, а также астрономией. Особенно усиленно он начал работать в области математики с 1584 г. после отстранения от должности при королевском дворе. Виет детально изучил труды как древних, так и современных ему математиков.

Франсуа Виет по существу создал новую алгебру. Он ввел в нее буквенную символику. Основные его идеи изложены в труде «Введение в аналитическое искусство». Он писал: «Все математики знали, что под их алгеброй и альмукабалой были скрыты несравненные сокровища, но не умели их найти: задачи, которые они считали наиболее трудными, совершенно легко решаются с помощью нашего искусства».

Действительно, все мы знаем, как легко решать, например, квадратные уравнения. Для их решения имеются готовые формулы. До Ф. Виета решение каждого квадратного уравнения выполнялось по своим правилам в виде очень длинных словесных рассуждений и описаний, довольно громоздких действий. Даже само уравнение в современном виде не могли записать. Для этого тоже требовалось довольно длинное и сложное словесное описание. На овладение приемами решений уравнений требовались годы. Общих правил, подобных современным, а тем более формул решения уравнений не было. Постоянные коэффициенты буквами не обозначались. Рассматривались выражения только с конкретными числовыми коэффициентами.

Виет ввел в алгебру буквенную символику. После нововведения Виета стало возможным записывать правила в виде формул. Правда, у Виета показатели степеней ещё обозначались словами, и это создавало определенные трудности в решении некоторых задач. Во времена Виета был ещё ограничен запас чисел. Франсуа Виет очень подробно изложил в своих трудах теорию решения уравнений с первой по четвертую степень.

Большой заслугой Виета было открытие зависимости между корнями и коэффициентами уравнений приведенного вида произвольной натуральной степени. Нам хорошо известна знаменитая теорема Виета для приведенного квадратного уравнения: «сумма корней квадратного уравнения приведенного вида равна второму коэффициенту, взятому с противоположным знаком, а произведение корней этого уравнения равно свободному члену». Эта теорема позволяет устно проверять правильность решения квадратных уравнений, а в простейших случаях находить и корни уравнений.

Отметим также, что Виет дал первое в Европе аналитическое (с помощью формулы) представление числа π.

Умер Виет в возрасте 63 лет в 1603 г.

Теорема Виета.

Сумма корней квадратного трехчлена x2 + px + q равна его второму коэффициенту p с противоположным знаком, а произведение – свободному члену q.

Доказательство.

Пусть x1 и x2 – различные корни квадратного трехчлена x2 + px + q. Теорема Виета утверждает, что имеют место следующие соотношения: x1 + x2 = –p x1 x2 = q

Для доказательства подставим каждый из корней в выражение для квадратного трехчлена. Получим два верных числовых равенства: x12 + px1 + q = 0 x22 + px2 + q = 0

Вычтем эти равенства друг из друга. Получим x12 – x22 + p (x1 – x2) = 0

Разложим разность квадратов и одновременно перенесем второе слагаемое в правую часть:

(x1 – x2) (x1 + x2) = –p (x1 – x2)

Так как по условию корни x1 и x2 различны, то x1 – x2 ≠  0 и мы можем разделить равенство на x1 – x2. Получим первое равенство теоремы: x1 + x2 = –p

Для доказательства второго подставим в одно из написанных выше равенств (например, в первое) вместо коэффициента p, равное ему число – (x1 + x2): x12 – (x1 + x2) x1 + q = 0

Преобразуя левую часть, получаем: x12 – x12 – x2 x1 + q = 0 x1 x2 = q, что и требовалось доказать.

В случае неприведённого квадратного уравнения ax2 + bx + c = 0 : x1+x2 = x1x2 =

Теорема, обратная теореме Виета.

Если выполняются равенства x1+x2 = и x1x2 = , то числа x1 и x2 являются корнями квадратного уравнения ax2 + bx + c = 0.

Доказательство.

Из равенства x1+x2 = и x1x2 = следует, что x2 + x + =x2 - (x1+x2)x + x1x2.

Но x2 - (x1+x2)x + x1x2 = (x-x1)(x-x2) и поэтому x2 + x + = (x-x1)(x-x2).

Отсюда следует, что x1 и x2 – корни уравнения x2 + x + = 0, а поэтому и уравнения ax2 + bx + c = 0.

Применение теоремы Виета.

Теорема Виета применяется в 8-м классе для подбора корней квадратных уравнений. Можно расширить рамки использования этой теоремы, например, для решения систем уравнений в 9-11-х классах и решения задач, связанных с исследованием квадратных уравнений и их корней. Это сокращает время и упрощает решение системы.

Пример 1.

Решить систему уравнений:

Если допустить, что x и y-корни некоторого квадратного уравнения, сумма корней которого равна 5, а их произведение равно 6, то получим совокупность двух систем

Ответ: (2;3), (3;2).

Учащиеся довольно быстро осваивают этот способ решения и с удовольствием используют его. Далее можно усложнять системы и использовать этот прием при изучении различных тем в 10-11-х классах.

Пример 2.

Решить систему уравнений:

При условии x > 0 y > 0 получаем

Пусть и - корни некоторого приведенного квадратного уравнения, тогда данная система равносильна совокупности двух систем

Вторая система совокупности не имеет решения, решением первой является пара x=9,y=4.

Ответ: (9;4).

Ниже приведены системы уравнений, решаемые с помощью теоремы Виета.

Ответ: (65;3),(5;63).

Ответ: (23;11),(7;27).

Ответ: (4;729),(81;4096).

Ответ: (2;2).

5. x + y =12 Ответ: (8;4),(4;8).

Ответ: (9;4),(4;9).

Аналогичные системы уравнений можно составить самому учителю или подключить к этому учащихся, что способствует развитию интереса к предмету.

Задания для устного решения.

Не решая квадратные уравнения, найдите их корни.

1. x2 - 6x + 8 = 0 Ответ: 2;4.

2. x2 – 5x – 6 = 0 Ответ: -1;6.

3. x2 + 2x - 24 = 0 Ответ: -6;4.

4. x2 + 9x + 14 = 0 Ответ: -7;-2.

5. x2 – 7x + 10 = 0 Ответ: 2;5.

6. 2x2 + 7x + 5 = 0 Ответ: -2,5;-1.

Рассмотрим задачи, при решении которых используется теорема Виета.

Задача 1.

Не решая уравнения 9x²+18x-8=0,найдите x1³+x2³,где x1,x2-его корни.

Решение:

9x²+18x-8=0 │:9 x²+2x-=0

1)Дискриминант больше нуля, D>0,значит x1,x2-действительные корни.

2) x²+2x-=0

По теореме Виета, следует, что: x1+x2=-2 x1∙x2= -

3)Преобразуем выражение x1³+x2³: x1³+x2³=(x1+x2)(x1²-x1 x2 +x2²)= (x1+x2)(x1²+2x1 x2 +x2² -2x1 x2 –

- x1 x2)=(x1+x2)((x1 +x2)²-3x1 x2 ).

В полученную формулу подставим известные нам значения и получим ответ:

-2((-2)²-3(-))= -2(4+)= -2∙= -

Ответ: -.

Задача 2.

При каком значении k в уравнении 9x²-18(k-1)x-8k+24=0,x2 =2x1.

Решение:

9x²-18(k-1)x -8k+24=0 │:9 x²-2(k-1)x -k+=0 x2=2x1.

По теореме Виета: x1∙x2= -k x1+ x2=2(k-1),получили систему из двух уравнений и подставили вместо x2 2x1.

2x12=-k│:2 x1²=-k

3x1=2(k-1)│:3 x1=k-

Сопоставим полученные уравнения:

(k-)²=-k

(k-)²-+k=0

k²-k+-+k=0

k²-k-=0

Решим квадратное уравнение и найдем k:

k²-k-=0

D=b²-4ac D=+=+=()² x1;x2= k1;k2= k1=2 k2=-1

Ответ: при k1=-1 и k2=2.

Задача 3.

Пусть x1;x2 –корни квадратного уравнения x²+13x-17=0. Составьте уравнение корнями бы которого являлись бы числа 2-x1 и 2-x2.

Решение:

Рассмотрим уравнение x²+13x-17=0.

1)Дискриминант D>0,значит x1;x2 –действительные корни.

2) x²+13x-17=0

По теореме Виета: x1 +x2 = -13 x1 ·x2 = -17

3)Подставим числа 2-x2 и 2-x2 в данную систему.

(2-x1 )+(2-x2)= -13 2-x1+2-x2 =-13 x1+x2 =17

(2-x1)·(2-x2)= -17 4-2x1-2x2+x1x =-17 -2(x1+x2) +x1x2 =-21 x1+x2 =17 x1 + x2 =17

-2·17+x1 x2 = -21 x1x2 =13

Следовательно, применяя теорему Виета, искомое уравнение x²-17x+13=0.

Ответ: x²-17x+13=0.

Задача 4.

Дано квадратное уравнение ax2+bx+c=0,какими по знаку будут b и c,если x2>x1,x1>0,x2<0.

Решение:

По теореме Виета: x1+x2=-b x1∙x2=c

Т. к. x2<0,а x2>x1,следует, что b>0,с<0.

Ответ: b>0,с<0.

6)Дано квадратное уравнение ax2+bx+c=0,какими по знаку будут b и c,если x10,x2>0.

Решение:

По теореме Виета: x1+x2=-b x1∙x2=c

Т. к. x1>0,x2>0,а x2>x1,следует, что b<0,с>0.

Ответ:b<0,c>0.

Задания для самостоятельного решения.

1)Не решая уравнения 2x²-3x-11=0,найдите +,где x1 ;x2 –его корни.

Ответ: -4.

2)Найдите значение выражения +, где x1;x2 –корни трехчлена x²-18x+11=0.

Ответ: -1.

3)Пусть x1;x2 –корни квадратного уравнения x²-7x-46=0.

Составьте квадратное уравнение, корнями которого являлись бы числа

2x1 +x2 и 2x2 +x1.

Ответ: 9x2-21x-481=0

4)При каком целом значении k один из корней уравнения

4x²-(3k+2)x+(k²-1)=0 втрое меньше второго?

Ответ: k=2.

5) Дано квадратное уравнение ax2+bx+c=0,какими по знаку будут b и c,если x10.

Ответ:b>0,c<0.