Решите уравнение x^4 - 5x^2 + 4 = 0; перечислите все допустимые методы решения (замена переменной, факторизация, численные методы), сравните их и обоснуйте выбор наиболее подходящего подхода для контрольной работы
Решение. 1) Метод замены (наиболее прямой). Сделаем замену y=x2y=x^2y=x2. Получаем квадратное уравнение y2−5y+4=0.
y^2-5y+4=0. y2−5y+4=0.
Дискриминант Δ=25−16=9\Delta=25-16=9Δ=25−16=9. Корни: y=5±32⇒y1=4, y2=1.
y=\frac{5\pm3}{2}\Rightarrow y_1=4,\; y_2=1. y=25±3⇒y1=4,y2=1.
Возвращая xxx: x2=4⇒x=±2x^2=4\Rightarrow x=\pm2x2=4⇒x=±2, x2=1⇒x=±1x^2=1\Rightarrow x=\pm1x2=1⇒x=±1. Итого все корни: x=±1, ±2.
x=\pm1,\;\pm2. x=±1,±2. 2) Метод факторизации. Можно сразу разложить x4−5x2+4=(x2−1)(x2−4)=(x−1)(x+1)(x−2)(x+2),
x^4-5x^2+4=(x^2-1)(x^2-4)=(x-1)(x+1)(x-2)(x+2), x4−5x2+4=(x2−1)(x2−4)=(x−1)(x+1)(x−2)(x+2),
откуда те же корни x=±1,±2x=\pm1,\pm2x=±1,±2. 3) Численные методы. Подходящими являются метод Ньютона xn+1=xn−f(xn)f′(xn),f(x)=x4−5x2+4,
x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)},\quad f(x)=x^4-5x^2+4, xn+1=xn−f′(xn)f(xn),f(x)=x4−5x2+4,
метод секущих, бисекции и т.д. Они дают приближённые значения корней и полезны, когда точное разложение недоступно. Сравнение и обоснование выбора для контрольной работы. - Замена переменной и факторизация дают точные корни аналитически с минимальной вычислительной нагрузкой — быстро и надёжно. Для уравнения вида x4+ax2+b=0x^4+ax^2+b=0x4+ax2+b=0 это стандартный и предпочтительный подход. - Численные методы нужны, если корни не выражаются элементарно или требуется лишь приближение; они сложнее в записи и дают приближения (погрешность), что нежелательно в контрольной при возможности точного решения. - Общая формула для четвертой степени громоздка и нецелесообразна здесь. Вывод: для контрольной работы оптимально использовать замену y=x2y=x^2y=x2 (с последующей факторизацией), т.к. это кратко, строго и даёт точный ответ x=±1,±2x=\pm1,\pm2x=±1,±2.
1) Метод замены (наиболее прямой). Сделаем замену y=x2y=x^2y=x2. Получаем квадратное уравнение
y2−5y+4=0. y^2-5y+4=0.
y2−5y+4=0. Дискриминант Δ=25−16=9\Delta=25-16=9Δ=25−16=9. Корни:
y=5±32⇒y1=4, y2=1. y=\frac{5\pm3}{2}\Rightarrow y_1=4,\; y_2=1.
y=25±3 ⇒y1 =4,y2 =1. Возвращая xxx: x2=4⇒x=±2x^2=4\Rightarrow x=\pm2x2=4⇒x=±2, x2=1⇒x=±1x^2=1\Rightarrow x=\pm1x2=1⇒x=±1. Итого все корни:
x=±1, ±2. x=\pm1,\;\pm2.
x=±1,±2.
2) Метод факторизации. Можно сразу разложить
x4−5x2+4=(x2−1)(x2−4)=(x−1)(x+1)(x−2)(x+2), x^4-5x^2+4=(x^2-1)(x^2-4)=(x-1)(x+1)(x-2)(x+2),
x4−5x2+4=(x2−1)(x2−4)=(x−1)(x+1)(x−2)(x+2), откуда те же корни x=±1,±2x=\pm1,\pm2x=±1,±2.
3) Численные методы. Подходящими являются метод Ньютона
xn+1=xn−f(xn)f′(xn),f(x)=x4−5x2+4, x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)},\quad f(x)=x^4-5x^2+4,
xn+1 =xn −f′(xn )f(xn ) ,f(x)=x4−5x2+4, метод секущих, бисекции и т.д. Они дают приближённые значения корней и полезны, когда точное разложение недоступно.
Сравнение и обоснование выбора для контрольной работы.
- Замена переменной и факторизация дают точные корни аналитически с минимальной вычислительной нагрузкой — быстро и надёжно. Для уравнения вида x4+ax2+b=0x^4+ax^2+b=0x4+ax2+b=0 это стандартный и предпочтительный подход.
- Численные методы нужны, если корни не выражаются элементарно или требуется лишь приближение; они сложнее в записи и дают приближения (погрешность), что нежелательно в контрольной при возможности точного решения.
- Общая формула для четвертой степени громоздка и нецелесообразна здесь.
Вывод: для контрольной работы оптимально использовать замену y=x2y=x^2y=x2 (с последующей факторизацией), т.к. это кратко, строго и даёт точный ответ x=±1,±2x=\pm1,\pm2x=±1,±2.