Negyedfokú egyenlet

Ez a közzétett változat, ellenőrizve: 2024. október 11.

Általános alakja: 


Negyedfokú függvény grafikonja.
Az x tengellyel való metszéspontok a függvény zérushelyei (y = 0).
A negyedfokú egyenlet olyan egyenlet melynek az egyik oldalán lévő kifejezés egy negyedfokú polinomfüggvény, a másik oldalán lévő kifejezés pedig zéró.

Megoldását Gerolamo Cardano inasa és tanítványa, Lodovico Ferrari (1522-1565) fedezte fel; a megoldás Cardano Ars magna című munkájában jelent meg.

Ez a legmagasabb fokú egyenlet, amely általános alakban megoldható; ezt Niels Henrik Abel bizonyította be 1824-ben.

Az általános negyedfokú egyenlet gyökei

szerkesztés

Ha  

  és   és   esetén:
 


ellenkező esetben:
 


Ha  

  vagy   esetén:

 


ellenkező esetben mind a négy gyök valós:

 


Megjegyzések:

 ,  ,  

 ,  ,  ,  

 


 

Viète-formulák

szerkesztés

 

 

 

 

Az általános negyedfokú egyenlet megoldása

szerkesztés

Mivel
 


ebből következik, hogy az

 


alakú negyedfokú egyenlet egyik gyöke  

Ez igaz marad akkor is ha   vagy   tehát az

 


alakú negyedfokú egyenlet gyökei:

 


Ebből következik, hogy az   negyedfokú egyenlet gyökeit úgy kaphatjuk meg ha az

 


egyenletrendszerből kiszámoljuk az   ismeretleneket   függvényében.
Kicsit átrendezve:

 


Amiből felírható a következő hatodfokú egyenlet:

 


melynek gyökei kiszámíthatóak az általános harmadfokú egyenlet megoldóképletével.
Ennek a hatodfokú egyenletnek hat gyöke van de csak arra a háromra van szükség melyekre teljesül az

  összefüggés.

 

 



Ha   akkor:

 


vagyis

 

  pedig egyszerűsíthető alkalmazva a gyökvonást komplex számból:

 

ennek eredményeként:

 


Mivel:  


ezért   csak úgy teljesül ha  



Tehát pozitív delta esetén a gyökok:

 


Ha   és   és   akkor   vagyis   komplex szám és ebben az esetben a gyökök:

 



Ha   akkor:

 


Ha   és   akkor   komplex számok lesznek és   miatt   -nél bejön egy negatív előjel vagyis ekkor a gyökök:


 


Ellenkező esetben mind a négy gyök valós lesz:

 



Az   általános negyedfokú egyenlet az   helyettesítéssel:

 
alakra hozható és a fenti módszerrel megoldható, vagyis az általános egyenlet gyökei:

  lesznek.

A valós együtthatós negyedfokú egyenlet megoldása Ludovico Ferrari módszere szerint

szerkesztés

Az   negyedfokú egyenlet

Ludovico Ferraritól (1522-1565) származó módszer szerinti megoldása két másodfokú egyenlet megoldására vezethető vissza. Előbb azonban meg kell oldani egy harmadfokú egyenletet, melynek eredményét a másodfokú egyenletek együtthatóinak képzésekor fogjuk felhasználni. A harmadfokú egyenlet:   ahol

 
 

Megoldása a Cardano képlettel történik.  -t úgy kapjuk meg, hogy a harmadfokú egyenlet egyik valós   megoldásához  -ot hozzáadjuk:  . A másodfokú egyenletek:

 
 

Kettős műveleti jelnél az alsót akkor kell használni, ha  . Tekintettel arra, hogy ezeknek a formuláknak az alkalmazása kissé bonyolult (főleg a   és   segédváltozók kiszámítása) a számítási munkát érdemes számítógépre bízni. A negyedfokú egyenlet Ludovico Ferrari szerinti megoldása (javítva és továbbfejlesztve, PASCAL nyelven megírva) így néz ki:

PROCEDURE negyedfoku (a,b,c,d:REAL);
VAR p,q,z,z2,z3,m,n,w1,w2,w3:REAL;
BEGIN
  p:=(a*c/4-b*b/12-d)/3;
  q:=(a*b*c/24-a*a*d/8-b*b*b/108+b*d/3-c*c/8)/2;
  harmadfoku(p,q,b/6,z,w1,z2,w2,z3,w3);
  IF (w2=0) AND (z2=z3) THEN IF z2>z THEN z:=z2;
  m:=ngyok(a*a/4-b+2*z); 
  n:=ngyok(z*z-d);
  IF a*z-c < -1.e-7 THEN n := -n;
  masodfoku(a/2+m, z+n, x[1],y[1],x[2],y[2]);
  masodfoku(a/2-m, z-n, x[3],y[3],x[4],y[4])
END;

Látható, hogy semmi mást nem csinál, minthogy meghívja a "harmadfokú" eljárást (egyszer), majd a "másodfokú" eljárást (kétszer egymás után), miután kiszámította azok "bemeneti" együtthatóit. [1]

  1. Benkő Miklós, Budapest, Hungary
  • Matematikai kisenciklopédia. szerk. Lukács Ernőné és Tarján Rezsőné. Budapest: Gondolat. 1968. 77-78. oldal
  • Kleine Enzyklopädie. Mathematik. Leipzig: VEB Verlag Enzyklopädie. 1970. 112-113. és 116. oldal.

További információk

szerkesztés