Persamaan kuadratik

Daripada testwiki
Pergi ke pandu arah Pergi ke carian
Rumus kuadratik untuk punca persamaan kuadratik am

Dalam algebra, persamaan kuadratik (dari Templat:Lang Latin untuk "persegi") adalah sebarang persamaan yang dapat disusun semula dalam bentuk standard sebagai

ax2+bx+c=0

mana Templat:Math mewakili anu, dan Templat:Math, Templat:Math, dan Templat:Math mewakili nombor yang diketahui, di mana Templat:Math ≠ 0. Sekiranya Templat:Math = 0, maka persamaannya adalah linear, bukan kuadratik, kerana tidak ada ax2 istilah. Nombor Templat:Math, Templat:Math, dan Templat:Math adalah pekali persamaan dan boleh dibezakan dengan gelaran pekali kuadratik, pekali linear dan pemalar.[1]

Nilai Templat:Math yang memenuhi persamaan disebut penyelesaian persamaan, dan punca atau pensifar ungkapan di sebelah kiri. Persamaan kuadratik mempunyai paling banyak pun dua penyelesaian. Sekiranya tidak ada penyelesaian sebenar, ada dua penyelesaian yang kompleks. Sekiranya hanya ada satu penyelesaian, ia dikatakan bahawa punca ganda. Persamaan kuadratik selalu mempunyai dua akar, jika akar kompleks disertakan dan akar berganda dikira untuk dua. Persamaan kuadratik boleh difaktorkan menjadi persamaan yang setara

ax2+bx+c=a(x−r)(x−s)=0

di mana Templat:Mvar dan Templat:Mvar adalah penyelesaian untuk Templat:Mvar. Melengkapkan kuasa dua pada persamaan kuadratik dalam bentuk piawai menghasilkan rumus kuadratik, yang menyatakan penyelesaian dari segi Templat:Math, Templat:Math, dan Templat:Math. Penyelesaian terhadap masalah yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan kuadratik telah diketahui seawal tahun 2000 SM.

Kerana persamaan kuadratik hanya melibatkan satu anu yang tidak diketahui, ia disebut "univariat". Persamaan kuadratik hanya mengandungi kuasa Templat:Mvar yang merupakan integer bukan negatif, dan oleh itu ia juga adalah persamaan polinomial. Khususnya, ini adalah persamaan polinomial darjah kedua, kerana kekuatan terbesar adalah dua.

Menyelesaikan persamaan kuadratik

Figure 1. Plots of the quadratic function, y = eh x squared plus b x plus c, varying each coefficient separately while the other coefficients are fixed at values eh = 1, b = 0, c = 0. The left plot illustrates varying c. When c equals 0, the vertex of the parabola representing the quadratic function is centered on the origin, and the parabola rises on both sides of the origin, opening to the top. When c is greater than zero, the parabola does not change in shape, but its vertex is raised above the origin. When c is less than zero, the vertex of the parabola is lowered below the origin. The center plot illustrates varying b. When b is less than zero, the parabola representing the quadratic function is unchanged in shape, but its vertex is shifted to the right of and below the origin. When b is greater than zero, its vertex is shifted to the left of and below the origin. The vertices of the family of curves created by varying b follow along a parabolic curve. The right plot illustrates varying eh. When eh is positive, the quadratic function is a parabola opening to the top. When eh is zero, the quadratic function is a horizontal straight line. When eh is negative, the quadratic function is a parabola opening to the bottom.
Rajah 1. Petak fungsi kuadratik Templat:Nowrap, memvariasikan setiap pekali secara berasingan sementara pekali lain tetap (pada nilai a   =   1, b   =   0, c   =   0)

Persamaan kuadratik dengan pekali nyata atau kompleks mempunyai dua penyelesaian, yang disebut punca. Kedua-dua penyelesaian ini mungkin atau mungkin tidak berbeza, dan mungkin atau mungkin tidak berbentuk nyata.

Pemfaktoran melalui pemeriksaan

Kemungkinan untuk menyatakan persamaan kuadratik Templat:Math sebagai produk Templat:Math. Dalam beberapa kes, adalah mungkin, dengan pemeriksaan sederhana, untuk menentukan nilai p, q, r, dan s yang menjadikan kedua-duanya setara satu sama lain. Sekiranya persamaan kuadratik ditulis dalam bentuk kedua, maka "Siat Faktor Sifar" menyatakan bahawa persamaan kuadratik puas jika Templat:Math atau Templat:Math. Menyelesaikan dua persamaan linear ini memberikan punca kuadratik.

Bagi kebanyakan pelajar, pemfaktoran melalui pemeriksaan adalah kaedah pertama untuk menyelesaikan persamaan kuadratik.[2] Templat:Rp Sekiranya seseorang diberi persamaan kuadratik dalam bentuk Templat:Math, pemfaktoran yang dicari mempunyai bentuk Templat:Math, dan seseorang harus mencari dua nombor Templat:Math dan Templat:Math yang jika ditambah menjadi Templat:Math dan didarab menjadi Templat:Math (ini kadang-kadang disebut "hukum Vieta"[3] dan berkaitan dengan rumus Vieta). Sebagai contoh, Templat:Math difaktorkan sebagai Templat:Math. Kes yang lebih umum di mana Templat:Math tidak sama dengan 1 memerlukan usaha yang besar dalam kaedah cuba-cuba untuk meneka dan memeriksa, dengan anggapan bahawa ia boleh difaktorkan sama sekali melalui pemeriksaan.

Kecuali untuk kes khas seperti di mana Templat:Math atau Templat:Math, pemfaktoran melalui pemeriksaan hanya berfungsi untuk persamaan kuadratik yang mempunyai punca yang bernisbah. Ini bermaksud bahawa sebilangan besar persamaan kuadratik yang timbul dalam aplikasi praktikal tidak dapat diselesaikan dengan memfaktorkan melalui pemeriksaan begini.[2] Templat:Rp

Melengkapkan kuasa dua

Figure 2 illustrates an x y plot of the quadratic function f of x equals x squared minus x minus 2. The x-coordinate of the points where the graph intersects the x-axis, x equals −1 and x equals 2, are the solutions of the quadratic equation x squared minus x minus 2 equals zero.
Rajah 2. Untuk fungsi kuadratik Templat:Math, titik di mana graf melintasi paksi Templat:Math, Templat:Math dan Templat:Math, adalah penyelesaian persamaan kuadratik Templat:Math.

Proses menyelesaikan kuasa dua menggunakan identiti algebra

x2+2hx+h2=(x+h)2,

yang mewakili algoritma yang ditentukan dengan baik yang dapat digunakan untuk menyelesaikan sebarang persamaan kuadratik.[2] Templat:Rp Bermula dengan persamaan kuadratik dalam bentuk piawai, Templat:Math

  1. Bahagikan setiap sisi dengan Templat:Math, pekali bagi kuasa dua.
  2. Tolakkan pemalar Templat:Math dari kedua-dua belah sisi.
  3. Tambahkan setengah Templat:Math kuasa dua, pekali Templat:Math, ke kedua-dua sisi. Ini "melengkapkan kuasa dua", mengubah sisi kiri menjadi kuasa dua yang sempurna.
  4. Tuliskan sisi kiri sebagai kuasa dua dan permudahkan bahagian kanan jika perlu.
  5. Hasilkan dua persamaan linear dengan menyamakan punca kuasa dua sisi kiri dengan punca kuasa dua positif dan negatif dari sisi kanan.
  6. Selesaikan setiap dua persamaan linear.

Kami menggambarkan penggunaan algoritma ini dengan menyelesaikan Templat:Math

1) x2+2x−2=0
2) x2+2x=2
3) x2+2x+1=2+1
4) (x+1)2=3
5) x+1=±3
6) x=−1±3

Simbol tambah-tolak "±" menunjukkan bahawa kedua-dua Templat:Math dan Templat:Math adalah penyelesaian bagi persamaan kuadratik yang tersebut.[4]

Formula kuadratik dan terbitannya

Melengkapkan kuasa dua dapat digunakan untuk memperoleh rumus umum untuk menyelesaikan persamaan kuadratik, yang disebut rumus kuadratik.[5] Bukti matematik kini akan dimudahkan secara ringkas.[6] Dapat dilihat dengan mudah oleh pengembangan polinomial, bahawa persamaan berikut setara dengan persamaan kuadratik:

(x+b2a)2=b2−4ac4a2.

Mengambil punca kuasa dua dari kedua-dua sisi, dan mengasingkan Templat:Math, memberikan:

x=−b±b2−4ac2a.

Beberapa sumber, terutamanya yang lebih tua, menggunakan pemparameteran alternatif dari persamaan kuadratik seperti Templat:Math atau Templat:Math ,[7] di mana Templat:Math mempunyai magnitud setengah dari yang lebih biasa, mungkin dengan tanda yang bertentangan. Ini menghasilkan bentuk yang sedikit berbeza untuk penyelesaiannya, tetapi selainnya adalah sama.

Sejumlah terbitan alternatif boleh didapati dalam literatur. Bukti ini lebih sederhana daripada piawaian melengkapkan kaedah kuasa dua, mewakili aplikasi teknik lain yang menarik yang sering digunakan dalam algebra, atau memberikan pandangan mengenai bidang matematik yang lain.

Rumus kuadratik yang kurang dikenali, seperti yang digunakan dalam kaedah Muller memberikan punca yang sama melalui persamaan

x=2c−b±b2−4ac.

Ini dapat disimpulkan dari rumus kuadratik piawai dengan rumus Vieta, yang menegaskan bahawa produk puncanya adalah Templat:Math.

Satu sifat dari bentuk ini adalah ia menghasilkan satu punca yang sah ketika Templat:Math, sementara punca yang lain mengandungi pembahagian dengan sifar, kerana ketika Templat:Math, persamaan kuadratik menjadi persamaan linear, yang memiliki satu punca. Sebaliknya, dalam kes ini, formula yang lebih umum mempunyai pembahagian dengan sifar untuk satu punca dan bentuk tidak tentu Templat:Math untuk akar yang lain. Sebaliknya, apabila Templat:Math, rumus yang lebih umum menghasilkan dua punca yang betul sedangkan bentuk ini menghasilkan punca sifar dan bentuk tidak tentu Templat:Math.

Penurunan persamaan kuadratik

Kadang-kadang lebih senang mengurangkan persamaan kuadratik sehingga pekali utamanya adalah satu. Ini dilakukan dengan membahagikan kedua-dua sisi dengan Templat:Math, yang selalu mungkin dilakukan kerana Templat:Math bukan sifar. Ini menghasilkan persamaan kuadratik terturun :[8]

x2+px+q=0,

di mana p = b / a dan q = c / a. Persamaan monik ini mempunyai penyelesaian yang sama dengan yang asal.

Rumus kuadratik untuk penyelesaian persamaan kuadratik terturun, yang ditulis dalam bentuk pekali, adalah:

x=12(−p±p2−4q),

atau setara:

x=−p2±(p2)2−q.

Pembeza layan

Figure 3. This figure plots three quadratic functions on a single Cartesian plane graph to illustrate the effects of discriminant values. When the discriminant, delta, is positive, the parabola intersects the Templat:Math-axis at two points. When delta is zero, the vertex of the parabola touches the Templat:Math-axis at a single point. When delta is negative, the parabola does not intersect the Templat:Math-axis at all.
Gambar 3. Tanda-tanda pembeza layan

Dalam rumus kuadratik, ungkapan di bawah tanda punca kuasa dua disebut pembeza layan persamaan kuadratik, dan sering diwakili menggunakan huruf besar Templat:Math atau huruf Yunani besar delta :[9]

Δ=b2−4ac.

Persamaan kuadratik dengan pekali nyata boleh mempunyai satu atau dua punca nyata yang berbeza, atau dua punca kompleks yang berbeza. Dalam kes ini, pembeza layan menentukan nombor dan sifat puncanya. Terdapat tiga kes:

  • Sekiranya pembeza layan itu positif, maka ada dua punca yang berbeza
−b+Δ2aand−b−Δ2a,
kedua-duanya adalah nombor nyata. Untuk persamaan kuadratik dengan pekali bernisbah, jika pembeza layan adalah nombor kuasa dua, maka puncanya adalah bernisbah — dalam kes lain ia mungkin tidak nisbah kuadratik.
  • Sekiranya pembeza layan adalah sifar, maka sebenarnya ada satu punca nyata
−b2a,
kadang-kadang dipanggil punca berulang atau berganda.
  • Sekiranya pembeza layan itu negatif, maka tidak ada punca nyata. Sebaliknya, terdapat dua punca kompleks yang berbeza (tidak nyata)[10]
−b2a+i−Δ2aand−b2a−i−Δ2a,
yang merupakan konjugat kompleks antara satu sama lain. Dalam ungkapan ini Templat:Math adalah unit khayalan.

Oleh itu, puncanya berbeza jika dan hanya jika pembeza layan itu tidak sifar, dan puncanya nyata jika dan hanya jika pembeza layan itu tidak negatif.

Lihat juga

Rujukan

Templat:Reflist

Pautan luar

  1. ↑ Protters & Morrey: "Calculus and Analytic Geometry. First Course".
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Templat:Cite book
  3. ↑ Templat:Citation.
  4. ↑ Templat:Citation
  5. ↑ Templat:Citation, Chapter 13 §4.4, p. 291
  6. ↑ Himonas, Alex. Calculus for Business and Social Sciences, p. 64 (Richard Dennis Publications, 2001).
  7. ↑ Templat:Citation
  8. ↑ Alenit͡syn, Aleksandr and Butikov, Evgeniĭ. Concise Handbook of Mathematics and Physics, p. 38 (CRC Press 1997)
  9. ↑ Δ is the initial of the Greek word Διακρίνουσα, Diakrínousa, discriminant.
  10. ↑ Templat:Cite book
Diambil daripada "https://ms.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Persamaan_kuadratik&oldid=306"