من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

في الرياضيات ،المعادلات الحدودية أو معادلات كثير الحدود : هي معادلات تكون على الشكل التالي:

$\qquad a_n x^n + a_{n - 1} x^{n - 1} + \cdots + a_1 x + a_0 = 0$

حيث $a i$ , معاملات المعادلة, و الهدف هو إيجاد جميع قيم المجهول $x$ . و نقول أن كثير الحدود من الدرجة الأولى إذا كانت أعلى قوة ل $x$ تظهر في المعادلة هي واحد. وهي من الدرجة الثانية إذا كانت أعلى قوة ل $x$ هي إثنين و هكذا دواليك. إذن نقول أن كثير الحدود من الدرجة n إذا كانت أعلى قوة ل $x$ هي n. و تقول المبرهنة الأساسية في الجبر أن لكل معادلة حدوددية من الدرجة n يوجد عدد n من الحلول (ذلك إذا إحتسبنا الحلول المكررة أي التي يجب أن نعدها مرتين). كما تجدر الإشارة إلى أن كل معادلة حدودية ذات معاملات تنتمي إلى الأعداد الحقيقية إن كان لها حلول تنتمي إلى الأعداد المركبة فإن هذه الحلول تكون دائما مترافقة أي أنه يكون دائما هناك حل في شكل a+ib و آخر في شكل a-ib. أما إذا كانت المعاملات عقدية فإن ذلك ليس صحيحا.

[عدل] توضيح المبرهنة الأساسية في الجبر

إذا إعتبرنا المعادلة التالية:
$x 2 + 2 x + 1 = 0$
فإن الحل هو 1- و لكن يتم إعتبار هذا الحل مكررا مرتين لأننا يمكن أن نكتب المعادلة بالشكل التالي:
$x 2 + 2 x + 1 = (x + 1) 2 = (x + 1)(x + 1) = 0$
و لذلك نرى أنه لتكون المعادلة صحيحة يجب أن يكون القوس الأول يساوي صفرا أو الثاني يساوي صفرا و في كل مرة يعينا ذلك حلا أي أن الحل 1- مكرر مرتين. كذلك إذا إعتبرنا
$(x - 1) n = 0$
فإن الحل هو 1 و لكنه مكرر n مرة إلخ.... بهذه الطريقة تتم حساب عدد الحلول. و على أساس ذلك يكون كما هو مذكور أعلاه لكل معادلة حدودية من الدرجة n عدد n من الحلول

[عدل] طرق حل المعادلات الحدودية

[عدل] المعادلة من الدرجة الأولى

حل المعادلة: $ax + b \,=0$ هو $x = \frac{-b}{a}$ حيث $a \ne 0\,$ ونستطيع حل معادلات الدرجة الأولى بكل سهولة فمثلا:- مثال 1:- حل المعادلة التالية س+5=10 الحل:- س+5-5=10-5 وبالإختصار نجد أن:- س=5 بحيث لو عوضنا بقيمة س نحصل على الناتج 10 5+5‏=‏10 وهناك طريقة أخرى وهي نقل الحد الثاني إلى الجهة الأخرى بعكس إشارته. س=10-5 س=5

[عدل] المعادلة من الدرجة الثانية

لحل المعادلة: $ax^2 + bx + c\, =0$ , نحسب المميز Δ المعرف ب: $\Delta = b^2 - 4ac\,$ , و يكون للمعادلة حلان هما:

$x_1 = \frac{-b -\sqrt{\Delta}}{2a}$
$x_2 = \frac{-b +\sqrt{\Delta}}{2a}$ .

[عدل] المعادلة من الدرجة الثالثة

[عدل] طريقة كاردان

طريقة كاردان هي طريقة تمكن من حل جميع المعادلات من الدرجة الثالثة.

هذه الطريقة تكمن من استعمال صيغ كاردان المعطات بدلالة p و q حلول المعادلة: $x^3+px + q= 0 ~$ . و هي تمكن من البرهنة على أن المعادلات من الدرجة 3 يمكن حلها جبريا.

[عدل] صيغ كاردان

بالنسبة للمعادلة: $x^3+px + q= 0\,$ نحسب $\Delta = 4p^3+27q^2\,$ , ثم ندرس إشارته.

[عدل] Δ موجب

نضع

$u = \sqrt[3]{\frac{-27q + 3\sqrt{3}\sqrt{\Delta}}{2}}$
$v = \sqrt[3]{\frac{-27q - 3\sqrt{3}\sqrt{\Delta}}{2}}$

الحل الوحيد الحقيقي هو $x_1 = \frac{1}{3}(u + v)$ .

و حلان عقديان مترافقان:

$x_2 = \frac{1}{3}(j u +\bar{j} v)$
$x_ 3= \frac{1}{3}(\bar{j}u +j v)$

حيث $j = -\frac{1}{2} + i \frac{\sqrt{3}}{2} = e^{i \frac{2 \pi}{3}}$

[عدل] Δ سالب

يوجد عدد عقدي u الذي هو جذر مكعب ل $\frac{-27q + 3i\sqrt{3}\sqrt{-\Delta}}{2}$ .

المعادلة تقبل ثلاث حلول حقيقية:

$x_1 = \frac{1}{3}(u +\bar{u})$
$x_2 = \frac{1}{3}(j u +\bar{j}\bar{u})$
$x_3= \frac{1}{3}(j^2u +\bar{j^2}\bar{u})$

[عدل] تفسير الطريقة

[عدل] الصيغة المختصرة

نعتبر الصيغة العامة للمعادلة: $\qquad a_3 x^3 + a_2 x^2 + a_1 x + a_0 = 0$ ,

نضع:
$x = z - \frac{a_2}{3a_3}$
لنحصل على الصيغة:
$\qquad z^3 + p z + q = 0$
نضع الآن:
$\qquad z = u + v$ الآن نحصل على مجهولين بدل مجهول واحد, لكن نضع شرطا يمكن من التبسيط:
$\qquad (u+v)^3 + p (u+v) + q = 0$ تتحول هذه المعادلة إلى الشكل:
$\qquad u^3+v^3+(3uv+p)(u+v)+q=0$ شرط التبسيط يكون إذن:
$\qquad 3uv+p=0$ الذي يعطي من جهة:
$\qquad u^3+v^3+q=0$ و من جهة أخرى:
$\qquad uv=-\frac{p}{3}$ و عند رفع العددين إلى القوة 3, نحصل على:
$\qquad u^3v^3=-\frac{p^3}{27}$ و نحصل أخيرا على نظمة معادلتين لمجهولين $u 3$ و $v 3$ الآتية :
$\qquad u^3+v^3=-q$
$\qquad u^3v^3=-\frac{p^3}{27}$
$u 3$ et $v 3$ هما إذن عددين نعرف جمعهما و جذاءهما. هذين العددين هما جذرا المعادلة من الدرجة الثانية:
$X^2+qX-\frac{p^3}{27}=0$