Дан многочлен степени 4 с вещественными коэффициентами, который имеет два комплексно-сопряженных корня и два реальных корня. Какие структурные выводы можно сделать о его факторизации и знаках коэффициентов
Коротко и по сути. Пусть многочлен степени 4 с действительными коэффициентами записан как p(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e,a≠0,
p(x)=ax^4+bx^3+cx^2+dx+e,\qquad a\ne0, p(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e,a=0,
и его корни: два вещественных α,β∈R\alpha,\beta\in\mathbb{R}α,β∈R и комплексно-сопряжённая пара z=u+iv, zˉ=u−ivz=u+iv,\ \bar z=u-ivz=u+iv,zˉ=u−iv с v≠0v\ne0v=0. Тогда: 1) Факторизация над R\mathbb{R}R: p(x)=a(x−α)(x−β)(x2−2ux+(u2+v2)).
p(x)=a(x-\alpha)(x-\beta)\bigl(x^2-2ux+(u^2+v^2)\bigr). p(x)=a(x−α)(x−β)(x2−2ux+(u2+v2)).
Квадратичный множитель является неприводимым над R\mathbb{R}R (его дискриминант отрицателен): Δ=(−2u)2−4(u2+v2)=−4v2<0.
\Delta=( -2u)^2-4(u^2+v^2)=-4v^2<0. Δ=(−2u)2−4(u2+v2)=−4v2<0. 2) Viète — соотношения (через симметрические суммы): α+β+2u=−ba,
\alpha+\beta+2u=-\frac{b}{a}, α+β+2u=−ab,αβ+2u(α+β)+(u2+v2)=ca,
\alpha\beta+2u(\alpha+\beta)+(u^2+v^2)=\frac{c}{a}, αβ+2u(α+β)+(u2+v2)=ac,2u αβ+(α+β)(u2+v2)=−da,
2u\,\alpha\beta+(\alpha+\beta)(u^2+v^2)=-\frac{d}{a}, 2uαβ+(α+β)(u2+v2)=−ad,αβ (u2+v2)=ea.
\alpha\beta\,(u^2+v^2)=\frac{e}{a}. αβ(u2+v2)=ae. 3) Выводы о знаках: - Постоянный член: e=aαβ(u2+v2)\displaystyle e=a\alpha\beta(u^2+v^2)e=aαβ(u2+v2). Поскольку u2+v2>0u^2+v^2>0u2+v2>0, знак eee равен знаку aαβa\alpha\betaaαβ. Таким образом по знаку eee можно судить о знаке произведения вещественных корней относительно знака aaa. - Коэффициент при x4x^4x4 (aaa) задаёт знак поведения при ∣x∣→∞|x|\to\infty∣x∣→∞. - Квадратичный множитель даёт положительную свободную часть u2+v2>0u^2+v^2>0u2+v2>0, но её коэффициент при xxx (−2u-2u−2u) может быть любым знаком. - Общих однозначных утверждений о знаках всех коэффициентов b,c,db,c,db,c,d без дополнительной информации о α,β,u,v\alpha,\beta,u,vα,β,u,v сделать нельзя — их знаки связаны через приведённые Viète‑соотношения, но не фиксированы. Итого: структурно многочлен раскладывается на два линейных множителя и один неприводимый над R\mathbb{R}R квадратный; дискриминант квадратного множителя отрицателен; свободный член определяется знаком произведения вещественных корней и aaa; остальные знаки коэффициентов зависят от конкретных корней и ограничены только равенствами Viète.
Пусть многочлен степени 4 с действительными коэффициентами записан как
p(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e,a≠0, p(x)=ax^4+bx^3+cx^2+dx+e,\qquad a\ne0,
p(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e,a=0, и его корни: два вещественных α,β∈R\alpha,\beta\in\mathbb{R}α,β∈R и комплексно-сопряжённая пара z=u+iv, zˉ=u−ivz=u+iv,\ \bar z=u-ivz=u+iv, zˉ=u−iv с v≠0v\ne0v=0. Тогда:
1) Факторизация над R\mathbb{R}R:
p(x)=a(x−α)(x−β)(x2−2ux+(u2+v2)). p(x)=a(x-\alpha)(x-\beta)\bigl(x^2-2ux+(u^2+v^2)\bigr).
p(x)=a(x−α)(x−β)(x2−2ux+(u2+v2)). Квадратичный множитель является неприводимым над R\mathbb{R}R (его дискриминант отрицателен):
Δ=(−2u)2−4(u2+v2)=−4v2<0. \Delta=( -2u)^2-4(u^2+v^2)=-4v^2<0.
Δ=(−2u)2−4(u2+v2)=−4v2<0.
2) Viète — соотношения (через симметрические суммы):
α+β+2u=−ba, \alpha+\beta+2u=-\frac{b}{a},
α+β+2u=−ab , αβ+2u(α+β)+(u2+v2)=ca, \alpha\beta+2u(\alpha+\beta)+(u^2+v^2)=\frac{c}{a},
αβ+2u(α+β)+(u2+v2)=ac , 2u αβ+(α+β)(u2+v2)=−da, 2u\,\alpha\beta+(\alpha+\beta)(u^2+v^2)=-\frac{d}{a},
2uαβ+(α+β)(u2+v2)=−ad , αβ (u2+v2)=ea. \alpha\beta\,(u^2+v^2)=\frac{e}{a}.
αβ(u2+v2)=ae .
3) Выводы о знаках:
- Постоянный член: e=aαβ(u2+v2)\displaystyle e=a\alpha\beta(u^2+v^2)e=aαβ(u2+v2). Поскольку u2+v2>0u^2+v^2>0u2+v2>0, знак eee равен знаку aαβa\alpha\betaaαβ. Таким образом по знаку eee можно судить о знаке произведения вещественных корней относительно знака aaa.
- Коэффициент при x4x^4x4 (aaa) задаёт знак поведения при ∣x∣→∞|x|\to\infty∣x∣→∞.
- Квадратичный множитель даёт положительную свободную часть u2+v2>0u^2+v^2>0u2+v2>0, но её коэффициент при xxx (−2u-2u−2u) может быть любым знаком.
- Общих однозначных утверждений о знаках всех коэффициентов b,c,db,c,db,c,d без дополнительной информации о α,β,u,v\alpha,\beta,u,vα,β,u,v сделать нельзя — их знаки связаны через приведённые Viète‑соотношения, но не фиксированы.
Итого: структурно многочлен раскладывается на два линейных множителя и один неприводимый над R\mathbb{R}R квадратный; дискриминант квадратного множителя отрицателен; свободный член определяется знаком произведения вещественных корней и aaa; остальные знаки коэффициентов зависят от конкретных корней и ограничены только равенствами Viète.