Cómo encontrar x de un polinomio de sexto grado cuando los coeficientes son decimales

Había un tema completo dedicado al problema de resolver ecuaciones polinómicas llamado la teoría de ecuaciones . A veces se enseñaba como un curso universitario en la primera mitad del siglo XX.

El problema de determinar si había raíces de polinomios de grado par ≥ 4 fue una de las partes difíciles del curso. A veces tienen raíces, a veces no. Aquí hay uno que simplemente echa de menos tener raíces:


Las ecuaciones de grados impares no son un problema. Puede encontrar una raíz de un polinomio impar con facilidad ya que para valores negativos grandes sus signos son opuestos a sus signos para valores positivos grandes, por lo que según el teorema del valor intermedio son 0 en alguna parte. Puedes usar el método de bisección, el método de Horner o el método de Newton para encontrar una raíz.

Pero, ¿qué pasa con los polinomios de sexto grado y otros grados pares? Sus derivados son ecuaciones de menor grado, y podrás encontrar todas sus raíces de forma recursiva. Eso significa que conoce los máximos y mínimos del polinomio original, para que pueda encontrar sus raíces.

Sin embargo, el método habitual que se usa es algo diferente. Se llama teorema de Sturm. Puede encontrarlo descrito en la página 86 del Primer curso de Leonard Eugene Dickson en Theory of Equations, Wiley & Sons, 1922. Vea la edición del Proyecto Gutenburg en línea en gutenberg.org.

No hay fórmulas generales para encontrar las raíces de una ecuación de variable única de sexto grado. Por otro lado, puedes probar algunos trucos matemáticos:

Dada la siguiente ecuación:
[matemáticas] ax ^ 6 + bx ^ 5 + cx ^ 4 + dx ^ 3 + ex ^ 2 + fx + g = 0 [/ matemáticas]

A partir de aquí, tiene un par de oportunidades para resolver esto:

  • reemplazando [math] x [/ math] con los divisores de [math] g [/ math]. A veces puede encontrar una solución aquí y reducir la ecuación a una ecuación de variable única de 5º grado reescribiendo la ecuación de la siguiente manera:
    [matemática] (raíz x) [/ matemática] [matemática] (hx ^ 5 + ix ^ 4 + jx ^ 3 + kx ^ 2 + lx + m) = 0 [/ matemática]
    Desde aquí, puede aplicar el mismo método o el siguiente.
  • haciendo coincidir los poderes de [math] x [/ math]. Digamos que tienes
    [matemáticas] x ^ 6 + 2x ^ 5 + x ^ 4 + 2x ^ 3 + x ^ 2 + 2x = 0 [/ matemáticas]
    Desde aquí, puede agrupar así:
    [matemáticas] x ^ 2 (x ^ 4 + x ^ 2 + 1) + 2x (x ^ 4 + x ^ 2 + 1) = 0 [/ matemáticas]
    [matemáticas] (x ^ 4 + x ^ 2 + 1) (x ^ 2 + 2x) = 0 [/ matemáticas]
    [matemáticas] x (2 + x) (x ^ 4 + x ^ 2 + 1) = 0 [/ matemáticas]

El segundo es bastante desagradable, porque la coincidencia no es tan obvia.

Espero eso ayude

Si por decimal quieres decir un número entero (no soy un hablante nativo de inglés), por lo que recuerdo de la escuela secundaria, puedes probar tu suerte con números que son divisores de [matemáticas] a_0 [/ matemáticas], como David Joyce sugirió. Esto se debe a que toda la expresión [matemáticas] \ sum _ {i = 0} ^ 6 a_i x ^ i [/ matemáticas] puede escribirse como [matemáticas] a_0 + x * \ sum _ {i = 1} ^ 6 a_i x ^ {i-1} [/ math] de donde ve que si [math] a_0 [/ math] no es divisible por [math] x [/ math], entonces la suma total no es divisible por [math] x [/ matemática] mientras sabemos que 0 (¡que es el valor de esta suma!) es divisible por cada número. Entonces [math] a_0 [/ math] debe ser divisible por [math] x [/ math].
Ahora, este razonamiento solo funciona si todos los [math] a_i [/ ​​math] son ​​enteros y [math] x [/ math] también es entero. Puede haber otras soluciones en las que [math] x [/ math] no sea un número entero.

Aquí viene el segundo truco: supongamos que [matemáticas] x [/ matemáticas] es un número racional [matemáticas] p / q [/ matemáticas], donde (¡esto es importante!) [Matemáticas] p [/ matemáticas] y [matemáticas] q [/ math] son ​​relativamente primos (no tienen divisores comunes que no sean 1).
Entonces la suma total es [matemática] \ sum _ {i = 0} ^ 6 a_i p ^ i / q ^ i = 0 [/ matemática].
Podemos multiplicarlo por [matemáticas] q ^ 6 [/ matemáticas] en ambos lados (para deshacernos del signo de división y volver a trabajar en enteros que tienen propiedades más difíciles de abusar), y 0 seguirá siendo 0, pero el lado izquierdo se convertirá en [matemáticas] \ sum _ {i = 0} ^ 6 a_i p ^ iq ^ {6-i} [/ matemáticas].
Observe que, excepto el primer y el último elemento de esta suma, todos los demás son divisibles por [math] pq [/ math].
Por lo tanto, debe suceder que el resto de esta suma, que es [matemática] a_0 q ^ 6 + a_6 p ^ 6 [/ matemática] también es divisible por [matemática] pq [/ matemática], porque (nuevamente) sabemos que la suma total es 0, que es divisible por todo.
Esto a menudo limita en gran medida el número de pares posibles [matemática] p [/ matemática] y [matemática] q [/ matemática], ya que para empezar significa que [matemática] a_0 q ^ 6 [/ matemática] es divisible por [matemática] p [/ math], y dado que [math] q ^ 6 [/ math] realmente no puede ayudar a hacerlo, ya que es primo con [math] p [/ math], vemos que [math] a_0 [/ math ] debe ser divisible por [math] p [/ math] por sí mismo. De manera similar, [math] a_6 [/ math] debe ser divisible por [math] q [/ math].
Entonces, si desea encontrar una [matemática] x [/ matemática] racional, simplemente puede verificar todas las combinaciones de divisores de [matemática] a_0 [/ matemática] y [matemática] a_6 [/ matemática] como respectivamente [matemática] p [/ math] y [math] q [/ math], y verifique si [math] p / q [/ math] es la solución.
Observe que este método es más universal que el anterior: el número 1 siempre es un divisor de [matemáticas] a_6 [/ matemáticas] y es por eso que verificar [matemáticas] p [/ matemáticas] que dividen [matemáticas] a_0 [/ matemáticas] tiene sentido .
Ahora tenemos más candidatos, porque buscamos en un conjunto más grande de números racionales, no solo enteros.

Por supuesto, todavía puede haber soluciones irracionales o complejas.
Para soluciones irracionales, solo puedo proponer el algoritmo de Newton, o una bisección simple, ya que soy un programador, no un matemático 🙂

Para soluciones complejas, estoy totalmente indefenso: esto no estaba cubierto en mi escuela secundaria de una manera que podía recordar 15 años después 🙂

Si quiere decir cómo puede encontrar las raíces de una ecuación de variable única de sexto grado, entonces no hay una fórmula general. Puede probar el método de prueba y error o mejor aún, encontrar los puntos de inflexión / máximos locales y globales y utilizarlos como pivotes para la búsqueda.