牛頓恆等式

牛頓恆等式

設F(X)=0的n ax1^k+bx1^(k-1)+cx1^(k-2)=0 ax2^k+bx2^(k-1)+cx2^(k-2)=0

概述  
對於n次多項式F(X)=C0X^n+C1X^n-1+……+C(n-1)X^1+C(n).C0≠0,有著名的牛頓恆等式。他是n次方程F(X)=0的n個根X1、X2、X3、……Xn的同次冪的和與F(X)的函式之間關係的明確表述。】

恆等式內容

牛頓恆等式敘述如下:
設F(X)=0的n個根X1,X2,……,Xn.對於k∈N,記Sk=X1^k+X2^k+……+Xn^k.則有
C0Sk+C1Sk-1+……+C(n)Sk-n=0 ,當k>0 (N1)
C0Sk+C1Sk-1+……+Ck-1S1+kCk=0 ,當1≤k≤n (N2)

艾薩克牛頓

艾薩克·牛頓(Isaac Newton)是英國偉大的數學家、物理學家、天文學家和自然哲學家,其研究領域包括了物理學、數學、天文學、神學、自然哲學和鍊金術。牛頓的主要貢獻有發明了微積分,發現了萬有引力定律經典力學,設計並實際製造了第一架反射式望遠鏡等等,被譽為人類歷史上最偉大,最有影響力的科學家。為了紀念牛頓在經典力學方面的傑出成就,“

牛頓肖像牛頓肖像
牛頓”後來成為衡量力的大小的物理單位。
數學方面牛頓也貢獻頗多,以他和萊布尼茲共同發明的微積分最為重要。除此以外,他還發現了了二項式展開定理、牛頓恆等式等重要定理。

n=2時簡單證明

對於一元二次方程,即:
F(X)=ax^2+bx+c=0,a≠0. (1)
 此時,牛頓恆等式為:
牛頓恆等式,設X1,X2為方程兩根,對於k∈N,記Sk=x1^k+x2^k,則有
aSk+bSk-1+cSk-2=0,k>2 (2)
aS1+b=0,aS2+bS1+2c=0 (3)
 下面是2,3式的證明:

2)的證明:

由於x1,x2為方程二根,
易得ax1^2+bx+c=0,ax2^2+bx2+c=0
當k>2時,分別以x1^(k-2)和x2^(k-2)乘上這兩個式子,得
ax1^k+bx1^(k-1)+cx1^(k-2)=0
ax2^k+bx2^(k-1)+cx2^(k-2)=0 (4)
 相加(4)式,即可得(2)

(3)的證明:

由韋達定理:S1=x1+x2=-b/a,所以aS1+b=0,即(3)一式成立,
S1^2=(x1+x2)^2=x1^2+x2^2+2x1x2=S2+2c/a
又因為S1=-b/a,
所以-b/aS1=S2+2c/a,
即aS2+bS1+2c=0,即(3)二式成立
對於n>2其他情況,可以類比(2)(3)式加以證明

恆等式套用

證明韋達定理

由(3)式證明即可以看出:通過韋達定理既然可以推出(3)式,那么牛頓恆等式(3)式與韋達定理是等價的。通過逆推就可以證明韋達定理的正確性。

其他有用推論

1,通過方程1係數a,b,c,即可逐個確定s1,s2,s3……
2, 如a=1,b,c∈Z,則Sk∈Z,k=1,2,3……
3,通過牛頓恆等式,也可以由a,b,c的奇偶性推知Sk的奇偶性。

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