Рассмотрим уравнение с одним неизвестным.
Определение. Всякое число (действительное или комплексное) которое, будучи подставлено в уравнение вместо х, обращает уравнение в тождество, называется корнем уравнения.
Пример. Найти корни уравнения . Решение: уравнение с одним неизвестным. Корнями являются числа:
; ;
Определение. Если уравнение имеет вид , где - многочлен степени n, то уравнение называется алгебраическим уравнением степени n. Из определения следует, что корни алгебраического уравнения те же, что и многочлена .
Возникает вопрос – всякое ли уравнение имеет корни?
В случае если уравнение не алгебраическое, то оно может не иметь ни одного корня, ни действительного, ни комплексного, например: .
Но в случае алгебраического уравнения ответ дает основная теорема алгебры.
Теорема 2. (Основная теорема алгебры) Всякая целая рациональная функция имеет, по крайней мере, один корень действительный или комплексный.
Доказательство в курсе высшей алгебры, но пользуясь этой теоремой можно доказать следующую теорему:
Теорема 3. Всякий многочлен n –й степени разлагается на n линейных множителей вида и множитель равный коэффициенту при .
Доказательство: Пусть - многочлен степени n.
В силу основной теоремы этот многочлен имеет хотя бы один корень, обозначим его через .Тогда в силу следствия теоремы Безу
,
где - многочлен - й степени; - также имеет корень, обозначим его через , тогда
,
- многочлен - й степени, который также имеет корень и т.д. Получим: , где - многочлен нулевой степени, - коэффициент при , получим:
.
Замечание. Многочлен n – й степени не может иметь более чем n различных корней.
Пример. Разложить на множители многочлен .
Решение: Найдем корни путем подбора.
Поделим заданный многочлен на .
Пример 2.Разложить на множители многочлен .
Решение: Найдем корни путем подбора.
Поделим заданный многочлен на .
2. Кратные корни многочлена.
Если в разложении многочлена n – й степени на линейные множители некоторые окажутся одинаковыми, то их можно объединить и тогда разложение будет иметь вид:
при этом и корень называется корнем кратности ; корень называется корнем кратности , и т.д.
Пример. Многочлен имеет корень кратности 2, второй корень - кратности 1.
Замечание. Все, что говорилось о корнях многочлена
можно сформулировать в терминах корней алгебраического уравнения .
3. Разложение многочлена на множители в случае комплексных корней.
Теорема. Если многочлен с действительными коэффициентами имеет комплексный корень , то он имеет и сопряженный корень .
Доказательство: Подставим в многочлен вместо х, , возведем в степень и соберем отдельно члены, содержащие i и не содержащие , получим, , где М и N – выражения, не содержащие i. Поскольку, - корень многочлена, то , откуда М=0 и N=0. Подставим в многочлен вместо х выражение , тогда возводя в степень и собирая элементы, содержащие i и не содержащие i, получим , так как М=0 и N =0, то , то есть - есть корень многочлена.
Вывод. В разложении комплексные корни входят попарно-сопряженными.
Перемножив линейные множители, соответствующие паре комплексно-сопряженных корней получим трехчлен второй степени с действительными коэффициентами
,
где и действительные числа.
Например:
Если число является корнем кратности k, то сопряженное число должно являться корнем той же кратности k.
при этом .