Equacion del segond gra

Un article de Wikipèdia, l'enciclopèdia liura.
Sauter à la navigation Sauter à la recherche

En matematicas, una equacion del segond gra, o equacion quadratica, es una equacion polinomiala de gra 2, es e dire que pòt s'escriure sota la forma:

ont x es l'inconeguda e las letras a, b e c representon los coeficients, amb a diferent de 0.

Dins l'ensemble dels nombres reals, una tala equacion admet al maxi doas solucions, que correspondon a las abscissis dels eventuals punts d'interseccion de la parabòla d'equacion amb l'axe de las abscissis dins lo plan dotat d'una marca afina. La posicion d'aquesta parabòla al respècte de l'axe de las abscissis, e donc lo nombre de solucions (0, 1 o 2) es donada pel signe del discriminant. Aqueste darrièr permet tanben d'exprimir aisidament las solucions, que son tanben las raiças de la foncion del segond gra associada.

Sul còrs dels nombres complèxes, una equacion del segon gra a sepmre exactament doas raiças destriadas o una raíç dobla. Dins l'algèbra dels quaternionns, una equacion del segond gra pòt aver una infinitat de solucions.

Istorica[modificar | modificar la font]

Las equacions del segond gra son al centre de l'algèbra babiloniana, a depuèi lo sègle XVIII AbC[1]. La tauleta d'argila BM 13901 foguèt qualificada « verai pichon manual d'algèbra, consacrat a l'equacion del segond gra e als sistèmas d'equacions, e donant las proceduras resolutòrias fondamentalas »[2].

Al sègle VIII, lo matematician indian Sridhar Acharya indica lo biais de calcular las doas raiças realas.

Las equacions del segond gra foguèron estudiadas sistematicament per Al-Khwarizmi al sègle IX, dins un obratge titulat Abreujat del calcul per la restauracion e la comparason que, mejans lo mot « restauracion » (en arabi: al-jabr) donèt son nom a l'algèbra. Al-Khawarizmi destria sièis cas d'equacions del primièr o segond gra ont los paramètres , e son totes positius:

  1. las carrats egalan las raiças:
  2. las carrats egalan los nombres :
  3. las raiças egalan los nombres:
  4. los carrats e las raiças egalan los nombres :
  5. los carrats e los nombres egalan las raiças:
  6. las raiças e los nombres egalan los carrart:

Mòstra los metòdes de resolucion seguent los rasonaments d'algèbra geomrtrica.

Elements clau[modificar | modificar la font]

Introduccion per l'exemple[modificar | modificar la font]

se cerca las eventualas solucions de l'equacion venenta[3]:

Lo membre d'esquèrra es nomenat trinòmi del segond gra[4]. Es compausat de trrs tèrmes, totes de la mèsma forma: un nombre non nul que multiplica una poténcia entièra de x. Cada tèrme es nomenat monòmi e, n'i a tres, se parla de trinòmi. La mai granda poténcia d'aquestes monòmis es dos; per aquesta rason, se parla de segond gra. L'expression 0x2 + x + 1 es pas un trinòmi: x + 1, es un binòmi del primièr gra[Nòta 1]. Lo metòde consistís a forçar l'aparicion d'una primièra identitat remarcabla. S'escrich lo polinòmi del biais seguent:

Los tres primièrs tèrmes son aquestes d'una soma remarcabla. L'aplicacion d'una identitat remarcabla permet d'escriure lo polinòmi del biais seguent:

Se pòt alara aplicar a aquesta diferéncia de carrats una segonda identitat remarcabla:

L'equacion iniciala s'exprimís alara jos forma d'un produch de dos factors:

Un produch de dos factors es nul se, e solament se, un dels factors es nul. Aquesta remarca permet de trobar las doas solucions x1 e x2 :

Aquesta equacion admet pas qu'una unica raiç positiva x1, aquesta valor es nomenada nombre d'aur. Es tanben possible de resòlvre una equacion du segond gra sens la mendre coneissença d'algèbra, lo paragraf metòde grometric mòstra cossí far.

Discriminant[modificar | modificar la font]

Se considèra l'equacion seguenta, ont a, b e c designan de nombres reals e a es diferent de 0:

Se pausa la definicion seguenta[5]: Definicion del discriminant — Lo discriminant de l'equacion es la valor Δ definida per :

Aquò es a vegada tanben nomenat realizant notat .

Aquesta definicion es la font del teorèma associat a la resolucion de l'equacion del segond gra, dins lo cas ont se cerca de solucions realas[6]:

Resolucion de l'equacion — Se lo discriminant es estrictament positiu, l'equacion admet doas solucions x1 e x2 donadas per las formulas seguentas : Se lo discriminant es nul, l'equacion admet una raiça dobla:

Se lo discriminant es estrictament negatiu, l'equacion admet pas de solucion reala, mas admet doas solucions complèxas.

Interpretacion grafica[modificar | modificar la font]

Lo signe del discriminant balha una informacion sul grafe de la foncion f.

Un biais d'estudiar l'equacion del paragrafe precedent es de considerar la foncion f de la variabla reala e a valors realas definida per:

L'equacion pòt encara s'escriure f(x) = 0. Las solucions de l'equacion son las abscissis dels punts d'interseccion del grafe de la foncion f e de l'axe dels x. Lo grafe de la foncion f es nomenat una parabòla, possedís una forma analòga a aquesta dels tres exemples presentats a drecha. Se a es positiu, las brancas de la parabòla son dirigidas cap al naut, coma pels exemples jaunes o blaus, senon las brancas son dirigidas cap al bas, coma l'exemple roge.

Se le discriminant es estrictament positiu, coma per l'exemple blau, aquò significa que lo graf de f crosa l'axe de las abscissis en dos punts. Se lo discriminant es nul, la configuracion es aquesta de la parabòla roja, lo graf se situa o dins lo semiplan de las ordonadas positivas o dins lo semiplan de las ordonadas negativas e son unic extremum es sur l'axe de las abscissis. Dins lo cas d'un discriminant estrictament negatiu, coma per la paraòla jauna, lo grafe se situa encara dins un del dos semiplans precedents, mas aqueste còp l'extremum encontra pas l'axe de las abscissis.

Atal, se lo discriminant es estrictament positiu, lo signe de las valors que pren la foncion f entre las solucions es l'opausat del signe de las valors presas per f a l'exterior del segment d'extremitats las solucions de l'equacion[7].

Resolucion dins l'ensemble dels reals[modificar | modificar la font]

Forma canonica[modificar | modificar la font]

En vista de resòlvre l'equacion f(x) = 0, ont f es la foncion del paragraf precedent, un metòde consistís a l'escriure jos una forma mai adaptada. Coma la valor a es pas nula, es ja possible de la factorizar :

La metòde utilizada per la resolucion del primièr exemple s'aplica encara. Ne ven a « forçar » l'aparicion d’una identitat remarcabla de la forma

en apondant e en levant B2 :

Aquesta forma es a l'origina d'una proprietat e d'una definicion[8]:Definicion de la forma canonica — L'equacion del segond gra pòt s'escriure jos la forma seguenta, dicha canonica, Δ designant :

De notar que representa l'extremum (maxim o minim) de la foncion , e qu"aqueste extremum s"atenh per  :          - Se la foncion es descreissenta puèi creissenta (foncion en U) e es donc lo minim de la foncion.          - Se la fonccion es creissanta puèi descreissenta (foncion en campana) e es donc lo maxim de la foncion.

Dins los dos cas, las coordonadas de l'extremum son donc

Exemples[modificar | modificar la font]

Consideram l'equation seguenta[9] :

Dos metòdes permeton de trobar l'expression de la forma canonica. Peimièr, f es definida per una identitat remarcable; se'n deduch:

Es tanben possible d'utilizar las formulas de la definicion, i a aquí a = 1, b = –4 e c = 4. Se'n deduch que lo discriminant Δ es nul e que lo coeficient α es egal a 2, çò que dona encara lo resultat precedent. Consideram ara lo novèl exemple :

Se l'egalitat definissent g(x) es pas pus una identitat remarcabla, lo segond metòde es sempre eficaç. Avèm a = 2, b = –6 e c = 1. Çò que permet de realizar los calculs suivants :

Se'n deduch la forma canonica:

Lo graf de la foncion es donc en forma de U e admet un minim al punt

Resolucion de l'equacion f(x) = 0[modificar | modificar la font]

La resolucion de l'equacion utiliza la forma canonica:

Discriminant estrictament negatiu[modificar | modificar la font]

Se lo discriminant es estrictament negatiu, la valor β/a = -Δ/(4a2) es estrictament positiva. La foncion f s'exprimís coma lo produch de a (non nul) e de la soma d'un tèrme positiu (x - α)2 e d'un tèrme estrictament positiu β/a (soma qu'es donc estrictament positiva, donc non nula) : f(x) = a × [(x - α)2 + β/a]. Se'n deduch que, quina que siá la valor de x, son imatge per f es pas jamai nula, que produch de dos factors non nuls, çò que mòstra l'abséncia de solucion dins l'ensemble dels reals (R).

Se pòt tamben trobar doas solucions se plaçant dins l'ensemble dels nombres complèxes.

Discriminant nul[modificar | modificar la font]

Se le discriminant es nul, lo tèrme β tanben l'es e f(x) = a.(x - α)2. Aquesta expression es nula se, e seulament se x es egal a α. Un còp encara, se torna trobar lo resultat exprimit dins lo segon paragraf.

Discriminant estrictament positiu[modificar | modificar la font]

Se lo discriminant es estrictament positiu, en simplificant per a, l'equacion s'escriu encara, se δ designa la raiç carrada del discriminant :

Se reconeis una identitat remarcabla e l'equacion s'escriu encara:

Un produch de dos nombres reals es nul se, e solament se, un dels dos factors del produch es nul, se'n deduch que l'equacion es equivalenta a una de las doas equacions:

En remplaçant α e δ per lor valor, se trapa plan l'expressionja indicada de las doas solucions.

Proprietats[modificar | modificar la font]

Forma reducha[modificar | modificar la font]

Una equacion del segond gra apareis pas sempre jos la forma estudiada fins ara. Consideram l'exemple:

Un analisi tròp rapid poiriá daissar pensar que los metòdes presentadas aquí son pas adaptadas per una tala equacion. Per lo verificar, lo mai simple es de desvelopar lo tèrme d'esquèrra. S'obten, mejans doas identitats remarcablas:

L'equacion ven alara:

Simplificant encara per 9, l'equacion s'escriu: x2 + x + 1 = 0. Lo discriminant essent agal a –3, l'equacion admet pas de raiç reala. Per poder aplicar las tecnicas desvelopadas aquí, es util d'exprimir l'equacion jos la forma estudiada fins ara. Aquesta forma pòrte un nom. la forma reducha — La forma reducha d'una equacion del segond gra reala, es la seguenta, se a, b e c son tres nombres reals tal que a siá diferent de 0 :

ax^{2}+bx+c=0.

Existís tres formas importantas per exprimir una equacion del segond gra, la forma reducha, la forma canonica e, eventualament la forma factorizada, que s'escriu del biais seguent:

Jos la forma factorizada, las solucions son dirèctament disponibles. Son tanben egalas a x1 e x2.

Relacions entre coeficient e racinas[modificar | modificar la font]

Se las solucions, encara nomenada raiças, existissent, quina que sián distinctas o doblas[10], i a dos biais diferents de notar lo polinòmi, la forma factorizada e aquesta reducha. Amb las notacions de l'article, s'obten se x1 e x2 son los dos raiças:

Un desvelopament de la forma de drecha permet d'obtenir una novèla expression de la forma reducha:

En identificant los coeficients, se'n deduch de relacions entre los coeficients de l'equacion e sas solucions:Relacions entre coeficients e raiças — Avèm doas relacions seguentas:

Las egalitats d'aquesta natura se generalizan per las equacions definidas per un polinòmi de gra qui que siá. Tal est l'obècte de l'article detalhat.

Discriminant reduch[modificar | modificar la font]

A vegadas, los coeficients a, b e c son de nombres entièrs e b es par. Dins aqueste cas, un factor 2 apareis a l'encòp al numerator e al denominator. Se se definit b' coma l'entièr verificant l'egalitat b = 2.b' , se simplifica los calculs :

Definicion del discriminant reduch[4]|Lo discriminant reduch es la valor Δ' definida per:

Lo discriminant es egal a quatre còp lo discriminant reduch qu'es donc de mèsme signe que le discriminant. En consequéncia, se lo discriminant reduch es estrictament positiu, existís doas solucions destriadas, s'es nul las doas solucions son confondudas e s'es estrictament negatiu pas cap de solucion reala existís. Dins lp cas ont lo discriminant es positiu, las doas raiças x1 e x2 s'exprimisson, mejans lo discriminant reduch per las egalitats:

Lo calcul presentada aquí es exacte, de biais independent del fach que a, b e c sián entièrs. Se l'expression de b' es simpla, pòt èsser util de far usatge del discriminant reduch, puslèu que del discriminant. Consideram l'equacion seguenta:

Lo discriminant reduch es un pauc mai simple a calcular que lo discriminant: es egal a 9 - (5)2 donc a 4. Se trapa, amb las formulas precedentas:

Autres metòdes de resolucion[modificar | modificar la font]

Raiças evidentas[modificar | modificar la font]

Las relacions entre los coeficients e raiças permeton a vegada una acceleracion dins la resolucion. Consideram l'equacion precedenta, lo tèrme 5 jòga un ròtle singular. Es assajant de calcular son imatge pel polinòmi definissent l'equacion. Una solucion trobada a l'ajda d'aqueste metòde, es a dire consistissent a causir una valor « a l'azard » e a verificar que son imatge pel polinòmi es nula es nomenada raiç evidenta.

Un còp la primièra solucion coneguda, las relacions entre coeficients e raiças permeton aisidament de trobar la segonda. Dins l'exemple prepausat, o mai simple es de remarcar que lo produch de las raiças, egal a c/a es aquí egal a 1. La segonda raiç es donc 1/5.

Lo metòde de la raiç evidenta permet de resòlvre simplament una equacion de gra mai naut, coma l'exemple seguent[11] :

Mai d'un metòdes son possibles per n'acabar. Aquesta de Cardan possedís l'avantatge d'èsser segur, mas demanda una mestresa dels nombres complèxes e impausa de longs calculs. Lo metòde de las raiças evidentas es fòrça mai rapida. S'assag tradicionalament las valors 0, ±1 e ±2. Dins lo cas present, –2 es una raiç. Aquò significa que le polinòmi x + 2 divisa aqueste definissent l'equation. Trobar lo segon factor es pas tròp malaisit. Es un polinòmi del segond gra, que sol un polinòmi del segond gra, multiplicat per (x + 2) es del tresen gra. Se ax2 + bx + c es lo segon factor, se calcula lo produch:

Se'n deduch a = 1, c = –1 puèi b = –2. Demora encor a resòlvre l'equacion :

Per una redaccion mai concisa, se pòt encara pretendre que 1 + 2 es una raiç evidenta. Coma la soma de las raiças del polinòmi del segond gra es egala a 2, la segonda raiç es egala a 1 – 2.

Metòde geometric[modificar | modificar la font]

Resolucion de l'equacion mejans un gnomòn.

Los primièrs metòdes per resòlvre una equacion del segond gra son geometrics. Quitament sens coneisser los rudiments d'algèbra, es possible de resòlvre d'equacions del segond gra. Los Grècs utilizavan lo metòde seguent, per resòlvre çò qu'en lengatge contemporanèu se formalizariá per l'equacion:

Se considèra que los dos tèrmes, de drecha e d'esquèrra designan de superfícias. Lo tèrme x2 designa l'airal d'un carrat de costat x e 10.x designa l'aire de dos rectangles de costats 5 e x. S'organiza lo carrat e los dos rectangles del biais indicat sus la figura de drecha, los dos rectangles son dessenaht en gris e lo carrat correspond al mai pichon dels dos e contenent lo simbòl x2 en son centre. Aquesta superfícia, que se nomena un gnomòn pren la forma d'un carrat se d'i apond un autre carrat de costat 5, que s'obten alara un carrat mai vaste, contenent a l'encòp los dos rectangles e lo carrat de costat x. Lo carrat de costat x e los dos rectangles possedisson un airal de 39, s'apondèt un carrat d'airal 25, s'obten un grand carrat d'airal 64. En tèrmes algebrics, aquesta consideracion grafica s'escriu:

Lo grand carrat es d'airal 64, son costa es de logor 8. E aqueste costat es, per construccion, egal a 5 + x. En tèrmes algebrics, aquò sgnifica aplicar una identitat remarcabla, s'obten:

Se'n deduch la solucion x = 3. L'algèbra prepausa tanben una autra solucion : –13. Pels Grècs, aquesta autra solucion a pas cap de sens, x representa lo costat d'un carrat, es a dire una longor. E una longor es sempre positiva.

D'autras solucions geometricas son prepausadas dins los articles Inconeguda (matematicas) e Nombre d'aur.

Per las relacions entre coeficients e raiças[modificar | modificar la font]

Un autre metòde, amb de relacions entre los coeficients e las raiças, permet de trobar las solutions. Se supausa que l'equacion admet un discriminant positiu e se nòta s la soma de las solucions e p lor produit. Divisant l'equacion pel factor a, qu'es pas nul per definicion, s'obten l'expression:

Siá m la valor mejana de las doas solucions, es a dire l'abscissi de l'extremum de la parabòla. Se h es la semidistància entre las solucions e se x1 e x2 designan las doas raiças, s'obten las egalitats:

La soma de las doas raiças es egala a s e tanben a 2.m, çò que dona la valor de m = s/2. Lo produch de las doas raiças e una identitat remarcabla mostran que m2 – h2 = p. Un autre biais d'escriure aquesta egalitat es h2 = m2 – p. Coma lo discriminant es positiu per ipotèsi, lo tèrme de drecha es positiu. S'obten h, puèi las valors de las raiças:

Remplaçant s e p per lors valors, calculadas mejan de relacions entre los coeficients e las raiças, se trapa las formulas classicas.

Los punts (x1 , 0) , (x2 , 0) , (0 , 1/a) , (0 , c) e (-b/a , c) son cociclics sus un cercle avent per diamètre los punts (0 , 1/a) e (-b/a , c)

Cercle passant per las raiças de l'equacion del segond gra.

Resolucion dins l'ensemble dels nombres complèxes[modificar | modificar la font]

Quand lo discriminant de l'equacion del segond gra es negatiu, aquesta possedís pas de solucion dins l'ensemble dels reals, qu'es pas possible de prene la raiç carrada d'un nombre negatiu. Mas dins un ensemble especialament bastit per çò far[12], l'ensemble dels nombres complèxes, existís de nombres que lo carrat es negatiu. L'equacion del segon gra ten de coeficients reals i admet alara sempre de solucions. Lo resultat se generaliza a las equacions del segond gra que los coeficients son complèxes.

Coeficients reals e discriminant estrictament negatiu[modificar | modificar la font]

Exemple[modificar | modificar la font]

Considram l'equacion seguenta:

Jos sa forma canonica, l'equacion s'escriu:

La partida esquèrra de l'equacion es la soma de dos carrats, que l'un es estrictament positiu, donc pòt pas existir de solucion dins los nombres reals. Un autre biais de'n prene consciéncia es de calcular lo discriminant, aquí egal a –3. Se i designa l'unitat imaginària, es possible d'escriure 3/4 coma l'opausat d'un carrat, aqueste usatge lèva l'impossibilitat, l'equacion s'escriu:

Las identitats remarcablas s'aplican que siá dins C, lo còrs dels nombres complèxes, o dins R aqueste dels nombres reals, coma dins tot anèl comutatiu. Se'n deduch una novèla escritura de l'equacion, que la diferéncia entre dos carrats es factorizabla:

Çò que permet de'n deduire las doas solucions :

Las doas solucions son dichas conjugadas es a dire que lors partidas realas son egalas e lors partidas imaginàrias opausadas. Aquesta proprietat es veraia pas que dins lo cas d'una equacion quadratica de coeficients reals.

Cas general[modificar | modificar la font]

Lo metòde utilizat per l'exemple s'aplica del mèsme biais pel cas general, se los coeficients son reals e lo discriminant estrictament negatiu. L'equacion s'escriu jos sa forma canonica:

Los simbols |Δ| designan la valor absoluda del discriminant. S'obten lo resultat seguent:Coeficients reals e discriminant negatiu — Se lo discriminant es estrictament negatiu, l'equacion admet doas solucions conjugadas x1 e x2, que s'escrivon:

Equacion z2 = α[modificar | modificar la font]

Resòlvre l'equacion z2 = α ne ven a determinar les raiças carradas del nombre complèxe α, siá de nombres complèxes β coma β2 = α. Clarament, se β es solucion son opausat -β tanben.

Se nota z = x + iy, α = a + ib e |α| designa lo modul de α. L'equacion s'escriu encara:

Lo carrat del modul de z es egal al modul de α, se'n deduch:

L'egalitat 2xy = b permet de levar las valors autras que β e -β, ont β es definida per, se ε designa lo signe de b.

Un rapid calcul mòstra que β verifica β2 = α, e β et -β son donc plan las solas raiças carradas de α.

La determinacion d'una raiç carrada d'un nombre complèxe es utila per resòlvre lo cas general de l'equacion del segond gra a de coeficients complèxes tractada al paragraf seguent.

Equacion del segond gra de coeficients complèxes (cas general)[modificar | modificar la font]

Se supausa ara que a, b e c son tres nombres complèxes tal que a siá non nul. Es sempre possible d'escriure l'equacion de l'article jos la forma canonica,que las transformacions utilizadas son tan valablas suls nombres complèxes. Simplificant per a, l'equacion es equivalenta a:

Siá δ una raiç carrada del discriminant (lo paragraf precedent mòstra qu'existís una tala valor e cossí la determinar). L'equacion se resòlv alara coma dins lo cas real, es a dire que s'escriu:

L'identitat remarcable tractant de la diferéncia de dos carrats permet encara d'escriure dins l'ensemble dels nombres complèxes:

Çò que permet d'enonciar le resultat :Cas dels coeficients complèxes — Una equacion del segond gra amb de coeficients dins los nombres complèxes admet doas solucions z1 e z2. Se lo discriminant es nul, ambedoas solucions son confondudas. Dins lo cas general, las solucions s'escrivon:https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/67d6ebfe0e4c7a578c28dc2bb764637763dd6bb7:

Remarca: Las solucions d'una equacion del segond gra amb de coeficients complèxes son mai sovent dos nombres complèxes que son pas conjugats, al contrari del cas d'una equacion del segond gra amb de coeficients reals que lo discriminant es estrictament negatiu.

Generalizacion amb d'autres còrs[modificar | modificar la font]

Las formulas çai dejós (e lor demonstracion) demoran valablas se apartenon a un còrs comutatiu K de caracteristica diferenta de 2, prenent al besonh (raiç carrada de ) dins una extension quadratica de K (coma se lo faguèt per dins lo cas ).

Exemples
Dins K = F3 = ℤ/3ℤ (qu'es un còrs finit de caracteristica 3), sián :
  • . Alara, donc l'equacion a una solucion dobla dins F3 :  ;
  • et . Alara, a pas de raiç carrada dins K, mas n'a una, , dins lo còrs finit F9 amb 9 elements. L'equacion donc pas de solucion dins F3 mas sas doas solucions dins F9 son .

Calcul numeric[modificar | modificar la font]

Une mesa en informatica « simpleta » del metòde de resolucion pòt menar a de resultats de precision mediòcre dins unas escasenças.

Dins un ordinator, la precision dels nombres es limitada pel mòde de representacion. Quand s'utiliza la dobla precision segon la norma IEEE 754, la valor absoluda dels nombres es limita entre gaireben [10–307 ; 10308].

Error d'arredondit[modificar | modificar la font]

Quand Δ > 0, lo calcul de ont sgn(b) es lo signe de b, mena a calcular la diferéncia dels dos nombres Δ e |b|. S'aqueste calcul se fa numericament, ne ven una pèrda de precision, subretot quand Δ es plan pròche de |b|, es a dire quand 4ac es petit al respècte de b2. Se dich alara algoritme de calcul numericament instable.

Michaël Baudin[13] prepausa l'exemple seguent:

Quand ε (positiu) ten cap a 0, sèm plan dins lo cas ont Δ = 1/ε2 + 4ε2 ≈ 1/ε2 = b2. Lo comportament asimptotic dels raiças es

x1 ≈ 1/ε2
x2 ≈ ε2

mas l'error de troncatura dona d'errors importantas al respècte d'aquestas valors esperadas.

Press et coll[14]. recomanda lo calcul de la valor intermediària

Remarcam que coma lo coeficient b es réputat grand (al mens dabans ac), se pòt encora ganhar en precision en utilizant lo discriminant redusit:

Un biais equivalent[15] consistís a calcula d'en primièr la raiç avent un signe efectiu « + »

,

pròche de -b/a, e d'utilizar la proprietat sul produit dels raiças per determinar l'autra raiç mejans l'egalitat

Aqueste novel algoritme es dich numericament estable, que pas cap d'error es amplificada per une de las estapas del calcul.

Despassament[modificar | modificar la font]

Quand |b| pren de valors importantas, lo calcul de b2, pel discriminant, risca de crear una error de despassament (si b2 > 10308). Se pòt prene per exemple

Quand ε (positiu) ten cap a 0, lo comportament asimptotic dels raiças es

x1 ≈ –1/ε
x2 ≈ –ε

Mas alara que la valor finala de x1 es representabla (–10308 < –1/ε), lo calcul del discriminant provòca una error de despassament.

Aquí encara, i a interés d'utilizar lo discriminant redusit: b'2 = b2/4, çò que redusís d'un factor quatre lo risc de despassament.

Se pòt enseguida factorizar de biais intelligent lo calcul del discriminant. Se |b' | es grand dabans |a| o dabans |c| (e non nul), se pòt escriure:

Se definís alara

que diminuís lo risc d'error de despassament, que o |a/b' | < 1, o |c/b' | < 1; puèi

e s'auça donc pas b' al carrat.

Se al contrari |c| > |b' | (non nul), se pòt alara escriure

Se definís alara

que lo calcul diminuís lo risc d'error de despassament, que |b'/c| < 1, e

Sensibilitat a las pichonas variacions[modificar | modificar la font]

Quand se calcula las derivadas parcialas dels raiças al respècte dels coeficients de l'equacion (supausant a ≠ 0 e Δ ≥ 0) :

se vei que se a o Δ son pròches de 0, alara las derivadas parcialas son fòrça grandas, çò que significa qu'una pichona variacion suls coeficients provòca una granda variacion de la valor de las raiças. Dins de alas condicions, una pichona error de troncatura pòt provocar una granda error sul resultat.

Se lo discriminant es nul, tornam al mèsme problèma que quand a es pròche de zèro:

Dins los dos cas, avèm un problèma dich « mal condicionat ».

Algoritme iteratiu[modificar | modificar la font]

Un biais de passar los problèmas çai dessús consistís a utilizar un algoritme iteratiu, per exemple l'algoritme de Jenkins-Traud que permet d'obéner las raiças d'un polinòmi P quin que siá.

Quand se coneis la primièra raiç x1, alara P pòt s'escriure

P(x) = (x – x1)H

ont H es un polinòmi de gra inferior de 1 a P — dins lo cas present, avèm H(x) = a(x – x2), veire la seccion Forma reducha. L'algoritme cerca aquesta primièra raiç utilizant una seguida de polinòmis (Hi) aprochant H. Aquesta seguida es bastida de biais recursiu:

ont (si) es una seguida de nombres.

La primièra estapa consistís a calcular los cini premièrs tèrmes, H0 a H4, amb una seguida nulla (s0 = … = s4 = 0). Aquò dona un òrdre de grandor de la raiç mai pichona e permet eventualament de normalizar los coeficients de l'equacion s'aquesta valor es tròp granda o tròp pichona. S'estalivam atal los problèmas de despassament o de sospassament.

La segonda estapa consistís a calcular los nòus primièrs tèrmes prenent una seguida unifòrma. S'agís d'una valor complèae que l'argument se pren a l'azard (φ = rand), e que l'afixe R es la solucion de l'equacion

R2 + |b|R = c

que se pòt trobar de biais simple (per exemple amb lo metòde de Newton-Raphson), la foncion d'esquèrra essent monotòna e convèxa. Se pren donc

s = Re

e se lo metòde convergís pas, se causit un autre argument.

La tresena estapa consistís a calcular los tèrmes de rang superiors a 10 utilizant la rason:

ont H es lo coeficient H normalizat, es a dire que sos coeficients son divisats pel coeficient del gra mai naut.

Aqueste algoritme presenta de similituds amb Newton-Raphson, los polinòmis Hi jogant lo ròtle de las derivadas.

Aqueste algoritme pòt èsser adaptat se los coeficients de l'equation son reals; es alara mai rapid e estable.

Nòtas e referéncias[modificar | modificar la font]

Nòtas[modificar | modificar la font]

  1. L'equacion que definís es pas l'objècre d'aqueste article, mas d'aqueste titulat Equacion del primièr gra.

Referéncias[modificar | modificar la font]

  1. Høyrup 2010, p. 39.
  2. Caveing 1994, p. 21.
  3. Cet exemple est présenté dans : le nombre d'or avec GéoPlan par P. Debart de l'Académie d'Aix Marseille.
  4. 4,0 et 4,1 V. & F. Bayart Étude du trinôme du second degré par le site bibmath.net.
  5. On trouve cette définition dans le site : Discriminant par Euler, un site de l'Académie de Versailles.
  6. Équation du second degré dans R par Euler, un site de l'Académie de Versailles.
  7. Ce paragraphe est explicité dans le site : Signe d'une fonction trinôme du second degré par Euler, un site de l'Académie de Versailles.
  8. C. Rossignol, Polynômes du second degré sur le site de l'académie de Grenoble, 2008, p. 2.
  9. Aqueste exemple s'inspira del site ja sitat: C. Rossignol, Polynômes du second degré, p. 2.
  10. Si une unique racine existe et vaut α on dit néanmoins qu'il existe deux racines x1 = x2 = α. Se parla alara de raiç dobla. Aquesta convencion possedís diferents interesses, entre autres aquete d'estalivar un cas particular, per exemple dins lo contèxte d'aquete paragraf.
  11. Ven d'un exercici de terminala de P. Amposta : Gammes, du site « mathématiques au lycée ».
  12. Dominique Flament, Histoire des nombres complexes (ISBN 2-271-06128-8).
  13. Modèl:Lire en ligne, Consortium Scilab.
  14. (en) W.H. Press, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling et Brian P. Flannery, « 5. Quadratic and Cubic Equations : 5.6 », dans Numerical Recipes in C, Cambridge University Press, .
  15. Michel Pignat et Jean Vignès, Ingénierie du contrôle de la précision des calculs sur ordinateur.

Vejatz tanben[modificar | modificar la font]

Article connèxe[modificar | modificar la font]

  • Forma quadratica

Bibliografia[modificar | modificar la font]

  • J. Merker, Du trinôme du second degré à la théorie de Galois, Presses universitaires de Franche-Comté (2007) (ISBN 2848672056)
  • Maurice Caveing, Essai sur le savoir mathématique dans la Mésopotamie et l'Égypte anciennes, Presses Univ. Septentrion, , 417 p. (ISBN 285939415X)
  • Jens Høyrup, L'algèbre au temps de Babylone, Vuibert/Adapt, coll. « Inflexions », , 162 p. (ISBN 9782356560162)