«По праву достойна в стихах быть воспета о свойствах корней ТЕОРЕМА ВИЕТА...»

МКОУ «СОШ п. Октябрьский Перелюбского муниципального района Саратовской области»

Место математики в истории

(конференция учащихся 8-11 классов)

«По праву достойна в стихах быть воспета   о свойствах корней ТЕОРЕМА ВИЕТА...»

Выполнила ученица 9 класса

Кожемяко Юлия

Руководитель Смагина А.Н.

2012 год

По праву достойна в стихах быть воспета

О свойствах корней ТЕОРЕМА ВИЕТА...

Франсуа Виет — выдающийся французский математик, положивший начало алгебре как науке о преобразовании выражений, о решении уравнений в общем виде, создатель буквенного исчисления.

Виет первым стал обозначать буквами не только неизвестные, но и данные величины. Тем самым ему удалось внедрить в науку великую мысль о возможности выполнять алгебраические преобразования над символами, т. е. ввести понятие математической формулы. Этим он внес решающий вклад в создание буквенной алгебры, чем завершил развитие математики эпохи Возрождения и подготовил почву для появления результатов Ферма, Декарта, Ньютона.

            В 16 веке европейские математики сумели, наконец, сравниться в мудрости с древними греками и превзойти их там, где успехи эллинов были

не велики: в решении уравнений. Городские коммуны Италии 14-16 веков были во многом похожи на полисы Эллады. На их улицах гремели столь же бурные политические споры и религиозные проповеди, а в залах университетов обычные лекции чередовались с публичными диспутами на самые разные темы. Существуют ли в природе те "универсалии", о которых писал Платон" Например, законны ли общие понятия "овощ" и "фрукт" - или существуют только репа и капуста, яблоко и персик" Возможны ли в геометрии новые теоремы, не известные Евклиду" Можно ли решить те геометрические задачи, которые были не под силу древним грекам - например, разделить любой угол на три равные части"
Когда распространилось книгопечатание, споры этого рода начали волновать не только узкий круг профессионалов. Теперь каждый образованный человек мог заглянуть в книгу Евклида или Архимеда и составить свое мнение об их открытиях. Итальянские художники 15 века научились применять стереометрию в живописи. Они изобрели технику перспективы, благодаря которой плоские изображения пространственных тел кажутся неотличимы от реальных предметов. Особенно отличился в этой области Леонардо да Винчи из Флоренции (1452-1519). Следуя по стопам Архимеда, он применял геометрию к решению механических задач: например, Леонардо рассчитал и построил водолазный колокол, создал проекты подводной лодки и вертолета.
Ровесник Леонардо - профессор Сципион дель Ферро из Болоньи (ум.1526) посвятил всю жизнь решению различных алгебраических уравнений. Затруднения, связанные с неудобными обозначениями неизвестных величин и действий над ними, были огромны. Попробуйте, например, решить квадратное уравнение, не используя знаки (+), (-) и .., а заменяя их словами! Сципион преодолел эти трудности. Комбинируя решение квадратного уравнения с извлечением кубического корня, он сумел решить уравнение вида (х = рх3 + q). Оказалось, что оно имеет 3 разных корня, и что к нему сводится произвольное кубическое уравнение вида (ах3 + вх2 + сх + d = 0).
Характерно, что Сципион дель Ферро не опубликовал свое открытие в печати. Он не смог изложить его просто и доступно для любознательного студента, а оставил лишь записи, понятные математикам высшей квалификации. Один из таких читателей - Никколо Фонтана из Брешии по прозвищу Тарталья ("Заика") - разобрался в записях Ферро и начал применять кубические уравнения при составлении и решении новых алгебраических задач. Эти задачи он предлагал своим коллегам - соперникам на регулярных диспутах, похожих на современные олимпиады для школьников или на шахматные турниры. Победа на таком турнире была очень важна для профессора: чем ярче его успех, тем больше студентов посещают его лекции, и тем выше оплачивают его труд городские власти!
Некоторое время Никколо Тарталья был почти непобедим в математических соревнованиях; сравниться с ним мог только Джироламо Кардано из Павии.

В 1535 году, обсуждая итоги очередного турнира, Тарталья и Кардано заговорили о решении кубических уравнений. Тут Тарталья (нечаянно, или ради похвальбы) сообщил Кардано, что он знает способ решения кубических уравнений, открытый еще профессором Ферро
Мы не знаем, сколь много нового рассказал Тарталья Кардано. Но мастеру хватило этой информации для полного решения кубического уравнения; в итоге Кардано сравнялся с Тартальей в алгебраическом мастерстве. Он не стал скрывать свое умение от всех, а поделился им со своим лучшим учеником - Лодовико Феррари. Тот, придя в восторг, попробовал развить новую технику для решения уравнений степени 4 - и преуспел в этом деле. Тут Кардано почувствовал, что в математике назревает переворот. Кто первый поведает людям о новых алгебраических открытиях - тот прославится на весь мир и встанет вровень с Евклидом!
В 1545 году Кардано опубликовал книгу "Великое искусство", в которой дал полное решение уравнений-многочленов степени 3 или 4 и тех задач, которые к ним сводятся. При этом Кардано честно написал о заслугах Ферро, Тарталья и Феррари. Тем не менее, Тарталья был возмущен: у него украли его тайную славу! Последовал долгий ожесточенный спор, завершившийся уроком на все времена. Честь нового открытия достается тому, кто первый сообщит о нем широкой публике во всех подробностях! Так способ решения кубического уравнения получил название "формула Кардано":
Формула Феррари для корней многочлена степени 4 выглядит еще сложнее, поскольку в ней решение идет в два этапа. Сначала по уравнению степени 4 составляется вспомогательное кубическое уравнение, а потом по нему - квадратное уравнение.

Можно было надеяться, что такой прием позволит решить любое уравнение-многочлен. Но эта гипотеза не оправдалась. Через 300 лет после открытий Ферро его коллеги - норвежец Нильс Абель

и француз Эварист Галуа - доказали, что корни некоторых многочленов степени 5 не выражаются через их коэффициенты с помощью арифметических действий и извлечения корней любой степени. Оказалось, что в алгебре (как и в геометрии) существуют задачи, не разрешимые теми методами, которые использовали изобретатели этих задач!

Но в 16 веке такие мысли не приходили в голову математикам. Им важно было разобраться в способах решения тех задач, которые не поддаются усилиям отдельных умельцев. Как сделать эти способы общедоступными" В алгебре эту проблему удачно решил Франсуа Виет (1540-1603) - первый крупный математик Франции. Он впервые использовал привычные нам знаки арифметических действий над известными числами или над буквами, изображающими неизвестные числа. Демонстрируя силу своего метода, ученый привел в своих работах запас формул, которые могли быть использованы для решения конкретных задач. Из знаков действий он использовал «+» и «-», знак радикала и горизонтальную черту для деления. Произведение обозначал словом «in». Виет первым стал применять скобки, которые, правда, у него имели вид не скобок, а черты над многочленом. Но многие знаки, введенные до него, он не использовал. Так квадрат, куб и т. д. обозначал словами или первыми буквами слов.
Знаменитая теорема, устанавливающая связь коэффициентов многочлена с его корнями, была обнародована в 1591 году. Теперь она носит имя Виета, а сам автор формулировал ее так «Если В+D, умноженное на А, минус А в квадрате равно ВD, то А равно В и равно D».
Теорема Виета стала ныне самым знаменитым утверждением школьной алгебры. Теорема Виета достойна восхищения, тем более что ее можно обобщить на многочлены любой степени.

 Виет заметил: если многочлен имеет полный набор корней (число которых равно его степени), то сам многочлен разлагается в произведение множителей вида (х-а), где символ (а) обозначает любой корень многочлена.

Из этой формулы: Р(х) = (х-а)(х-b)...(х-c) - видно, как выразить любой коэффициент многочлена через его корни. Например, свободный член равен произведению всех корней, а их сумма равна коэффициенту при неизвестном в степени (n-1). Все эти соотношения названы формулами Виета. Они позволяют быстро находить "в уме" корни многих многочленов по их коэффициентам, но общего пути для таких поисков они не дают.

Открытие Виета выявило неожиданную аналогию между многочленами и целыми числами: они одинаково просто разлагаются на неразложимые множители! В мире чисел такими множителями являются простые числа - а среди многочленов двучлены вида (х-а) или более сложные неразложимые многочлены.

ФОРМУЛИРОВКА ТЕОРЕМЫ

Если — корни многочлена



(каждый корень взят соответствующее его кратности число раз), то коэффициенты выражаются в виде симметрических многочленов от корней, а именно:



Иначе говоря ( − 1)kak равно сумме всех возможных произведений из k корней.

Если старший коэффициент многочлена , то для применения формулы Виета необходимо предварительно разделить все коэффициенты на a0 (это не влияет на значение корней многочлена). В этом случае формула Виета дают выражение для отношений всех коэффициентов к старшему. Из последней формулы Виета следует, что если корни многочлена целочисленные, то они являются делителями его свободного члена, который также целочисленен.

Доказательство

Доказательство осуществляется рассмотрением равенства



где правая часть представляет собой многочлен, разложенный на множители.

После перемножения элементов правой части, коэффициенты при одинаковых степенях x должны быть равными в обеих частях, из чего следуют формулы Виета.

   Теорема Виета - это понятие знакомо со школьных времен практически каждому. Но «знакомо» ли оно на самом деле? Мало кто сталкивается с ним в повседневной жизни. Но и не все те, кто имеет дело с математикой, порой полностью понимают глубокий смысл и огромное значение этой теоремы.  

Теорема Виета во многом облегчает процесс решения огромного количества математических задач, которые в итоге сводятся к решению квадратного уравнения: ax2+bx+c=0, где а≠0.

Это стандартный вид квадратного уравнения. В большинстве случаев квадратное уравнение имеет такие коэффициенты a, b, и с, которые можно легко упростить, разделив их на а. В этом случае мы придем к виду квадратного уравнения, называемому приведенным (когда первый коэффициент уравнения равен 1):

x2+px+q=0

Именно для такого вида уравнений и удобна в использовании теорема Виета. Основным смыслом теоремы является то, что значения корней приведенного кв.уравнения можно легко определить устно, зная основное соотношение теоремы:

• сумма корней равна числу, противоположному второму коэфициенту (т.е. –p);
• произведение равно третьему коэффициенту (т.е. q).

А именно, x1+x2= -p и x1*x2= q.

Решение большинства задач в школьном курсе математики сводится к простым парам чисел, которые легко находятся при владении минимальными навыками устных вычислений. И это не должно вызывать никаких проблем. Существующая обратная теорема Виета позволяет по имеющейся паре чисел, которые являются корнями некоторого квадратного уравнения, легко восстановить его коэффициенты и запись в стандартном виде.

Умение использовать теорему Виета как инструмент, во многом облегчает решение математических и физических задач в курсе средней школы. Особенно этот навык незаменим при подготовке учащихся старших классов к ЕГЭ.

Поняв значимость такого простого и действенного математического инструмента, невольно задумываешься о человеке, впервые его открывшем.

Франсуа Виет - знаменитый французский ученый, который начинал свою трудовую деятельность как адвокат. Но, очевидно, математика была его призванием. Находясь на королевской службе в качестве советника, он прославился тем, что сумел прочесть перехваченное зашифрованное послание короля Испании в Нидерланды. Это давало французскому королю Генриху III возможность знать обо всех намерениях его противников.   Постепенно приобщаясь к математическим знаниям, Франсуа Виет пришел к выводу, что должна существовать тесная связь между новейшими в то время изысканиями «алгебраистов» и глубоким геометрическим наследием древних. В ходе научных изысканий им была разработана и сформулирована практически вся элементарная алгебра.  Его изыскания для решения уравнений больших степеней, чем вторая, вылились в теорему, которая сейчас известна, как обобщенная теорема Виета. Она имеет большой прикладное значение, и ее применение дает возможность быстрого решения уравнений более высоко порядка.    Одно из свойств этой теоремы заключается в следующем: произведение всех корней уравнения n-й степени равно его свободному члену. Это свойство часто употребляется при решении уравнений третьей или четвертой степени с целью понижения порядка многочлена. Если у многочлена n-й степени есть целые корни, то их можно легко определить методом простого подбора. И далее выполнив деление многочлена на выражение (х-х1), получим многочлен (n-1)-й степени.

В конце хочется отметить, что теорема Виета является одной из самых знаменитых теорем школьного курса алгебры. А его имя занимает достойное место среди имен великих математиков.

ЛИТЕРАТУРА

•  Энциклопедический словарь юного математика/Сост. Э-68 А. П. Савин.– М.: Педагогика, 1989.
• П.Ф. Фильчаков, Справочник по высшей математикe.– Киев:Наукова думка, 1974.
• Алгебра: учеб. Для 8 кл. общеобразоват. учреждений/ Ю. Н. Макарычев, Н. Г. Миндюк и др.- М.: Просвещение, 2007.
• http://ru.wikipedia.org/wiki/