你是否还记得上面的公式是什么?没错,它就是一元二次方程的求解公式。
相信很多人在初中学习它的时候都很痛苦,因为这个公式实在有点难记。即使你到今天能够记得,还能回忆起当初的推导过程吗?
这个公式可能真的不太适合初学者。来自CMU数学系的副教授,同时也是美国奥数国家队教练的罗博深也注意到了这一点
求解更容易
一元二次方程的一般形式为ax2+bx+c=0,为了简化起见,不妨令a=1。(即使不等于1,也可以两边同时除以a)
x2+Bx+C=0
假设这个方式的两个解(或者叫根)分别是R和S,那么
x2+Bx+C = (x-R)(x-S) = 0
将右边的式子展开:
x2+Bx+C = x2-(R+S)x+RS
两边的对应系数应该相等:
B=-(R+S); C=RS
所以R和S的和应该等于-B,它俩的平均数就是-B/2,我们可以令这两数等于-B/2±z,而R和S的乘积又等于C,所以(-B/2+z)(-B/2-z)=C,即:
在上一步里,我们用到了平方差公式。上面的方程很容易求z:
所以方程的解是:
这个公式不需要记,罗博深教授希望你记下来的是求解过程。我们先来举个例子:
x2-2x-24=0
根据上面的求解过程,我们可以知道这两个解之和为2,因此我们可以假设它们分别是1+z和1-z,他们的乘积是-24:
(1+z)(1-z)=1-z2=-24
所以
z2=25 → z=±5
因此方程的两个解分别是1+5=6和1-5=-4。这种方法还适用于根是虚数的情况。
从古人那里获得启发
为何会想到这种求解方法,参考了一千多年以前古代的巴比伦人和希腊人的解法。
其中就包括3世纪的著名希腊数学家丢番图和7世纪的印度数学家婆罗摩笈多等等。
这些古人求解的其实是一个二元二次方程组:x+y=A,xy=B。这个方程组等价于x2-Ax+B=0。
古代人知道方程组如何求解,却在很长一段时间都不知道一元二次方程解的标准形式。因此教科书里的方法显然更不易被理解。
让代码更具可读性
一个并不深奥的推导方法,却在Hacker News论坛上引起了广泛讨论。
原来的公式很好记,用完全平方公式的配方法也能很容易求解。
现在的学生数学基础并不好,很多人并不知道抛物线方程、完全平方公式、因式分解等概念,这种方法确实非常好。
除去一些批评,还是有网友认为,这种方式转移了对数学推导过程的思考,可以看做在人脑上运行代码。
而且这种方法用在编程里也让代码更具有可读性。
如果我们知道了一元二次方程两个解的算术平均数m和几何平均数g:
m = (r1 + r2) / 2; g = sqrt(r1 * r2)
那么这两个解等于:
r1 = m - sqrt(m^2 - g^2) r2 = m + sqrt(m^2 - g^2)
m=-B/2、g=sqrt(C)。这串代码显然比下面的代码更容易理解。
r1 = (-b - sqrt(b^2 - 4 * a * c)) / (2 * a) r2 = (-b + sqrt(b^2 - 4 * a * c)) / (2 * a