卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

解 x³ − 245.711x² + 2.764156x + 0.074296 = 0。

Question

解出 xx:

x3−245.711x2+2.764156x+0.074296=0x^{3}-245.711x^{2}+2.764156x+0.074296=0

Step-by-step solution

  1. 先看出為什麼三個根必定是一大兩小。 在 x3−245.711x2+2.764156x+0.074296=0x^{3}-245.711x^{2}+2.764156x+0.074296=0 裡,二次項係數把其他項全比了下去。根與係數關係說三根之和是 245.711245.711、乘積是 −0.074296-0.074296,是一個很接近零的數——所以必定有一個根扛下幾乎全部的和,另外兩個則小到足以讓乘積維持微小。看出這個結構,正是我們能把題目拆成兩個容易子問題的關鍵。

  2. 捨去 x3x^{3} 求出兩個小根。 若 ∣x∣|x| 只有百分之幾,則 x3x^{3} 的數量級是 10−510^{-5},與 245.711x2245.711x^{2} 相比完全可以忽略。丟掉它之後剩下二次式 245.711x2−2.764156x−0.074296=0,245.711x^{2}-2.764156x-0.074296=0, 它的判別式是 D=(−2.764156)2+4(245.711)(0.074296)=80.6619362163,D=8.9811990411.D=(-2.764156)^{2}+4(245.711)(0.074296)=80.6619362163,\qquad \sqrt{D}=8.9811990411. 再用公式解得到 x≈−0.012651129與x≈0.023900751.x\approx -0.012651129\quad\text{與}\quad x\approx 0.023900751.

  3. 用一步牛頓法修正這兩個根。 被捨去的 x3x^{3} 項會把每個根推動到第七位小數上,而對完整的三次式套用牛頓法 x↦x−f(x)f′(x)x\mapsto x-\dfrac{f(x)}{f'(x)},會收斂到 x=−0.012650903與x=0.023902272.x=-0.012650903\qquad\text{與}\qquad x=0.023902272. 與二次式的估計相比,修正量只有 2.3×10−72.3\times 10^{-7} 與 1.5×10−61.5\times 10^{-6},這正是「捨去 x3x^{3}」所承諾的:被忽略的項數量級是 10−510^{-5},而 245.711x2245.711x^{2} 這一項的數量級是 10−110^{-1}。

  4. 用根之和求那個大根,而不是去套三次公式。 因為三根之和必須是 245.711245.711,x大=245.711−(−0.012650903+0.023902272)=245.699748632.x_{\text{大}}=245.711-\left(-0.012650903+0.023902272\right)=245.699748632. 把這個值代進 f(x)=x3−245.711x2+2.764156x+0.074296f(x)=x^{3}-245.711x^{2}+2.764156x+0.074296,結果在十二位有效數字下回到零。

  5. 用兩條根與係數關係驗證。 三個根 −0.012650903-0.012650903、0.0239022720.023902272 與 245.699748632245.699748632 相加恰為 245.711000000245.711000000,相乘得 −0.074296-0.074296,如所要求地與 −c-c 相符。這裡真正關鍵的是乘積檢驗:兩個小根就算錯了也可能仍然滿足和的條件,因為大根會自動把差額吸收掉——只有乘積才會讓錯誤現形。

  6. 寫出解集合。 x=−0.012650903,x=0.023902272,x=245.699748632.x=-0.012650903,\qquad x=0.023902272,\qquad x=245.699748632. 三個根都是實數,這與一條曲線在零的下方穿過 x 軸一次、零的上方穿過一次、又在遠處 245.7245.7 穿過一次的圖形相符。

Answer

x=−0.012650903,x=0.023902272,x=245.699748632x=-0.012650903,\qquad x=0.023902272,\qquad x=245.699748632

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