Analisi matematica/Equazioni a coefficienti reali

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Algebriche razionali intere

Algebriche razionali intere di 1° grado

ax+b=0 ;x=ba ;

determinata se  a0; indeterminata se  a=b=0; impossibile se  a=0, b0.

Algebriche razionali intere di 2° grado

ax2+bx+c=0;

 x=b±b24ac2a,ovvero:x=k±k2aca(k=b2);

le due radici sono reali distinte se  b24ac>0,

le due radici sono reali coincidenti se  b24ac=0,

le due radici sono complesse coniugate se  b24ac<0.

Algebriche razionali intere di 3° grado

ax3+bx2+cx+d=0

a) Ponendo  x=yb3a, l'equazione si trasforma nella seguente trinomia:

 y3+py+y=0

da cui :y=q2+q24+p3273+q2q24+p3273

(formula risolutiva Cardanica)

se q24+p327>0, una radice è reale e due complesse coniugate,
se q24+p327=0, una radice è reale semplice e una doppia,
se q24+p327<0, le tre radici sono reali e distinte.

In quest'ultimo caso le tre radici si possono calcolare agevolmente in forma trigonometrica. Ponendo:

q2+i(q24+p327)2=ρ(cosθ+isinθ)
q2i(q24+p327)2=ρ(cosθisinθ)

dove:

ρ=p3272cosθ=q2ρθ=arccos(q2ρ)

si ha allora:

α1=ρ3(cosθ3+isinθ3),β1=ρ3(cosθ3isinθ3);
α2=ρ3(cosθ+2π3+isinθ+2π3),z)

b) Si può determinare per tentativi o con approssimazioni successive il valore di una radice servendosi dell'osservazione:

se

 f(x)=ax3+bx2+cx+d

e  f(a)=k2,  f(b)=h2, fra  a e  b cade almeno una radice. Nota una radice  m le altre si ottengono uguagliando a  0 la frazione f(x)xm, che è di 2° grado in  x.

In particolare le equazioni reciproche:

 ax3+bx2±bx±a=0

ammettono la radice  x=1; le altre due radici si ottengono risolvendol'equazione:

 ax2+(ba)x+a=0.

c) L'equazione  x3+px+q=0 alla quale può sempre ridursi un'equazione completa di 3° grado, si può infine risolvere graficamente coi metodi della Geometria Analitica: se si pone

 y=x3

le radici cercate sranno le ascisse dei punti comuni alla parabola cubica:  y=x3 ed alla retta:  y+px+q=0..

Algebriche razionali intere di 4° grado

 ax4+bx3+cx2+dx+c=0.

Ponendo  x=yb4a l'equazione si trasforma nella seguente

 y4+px2+qy+r=0.

Se  q=0, essa è biquadratica e si risolve con la posizione:  y2=z.

Se  q0, ponendo:  y=u+v+w,  u2,v2,w2 trisultano radici dell'equazione cubica:

 z3+p2z2+(p216r4)zq264=0.

Se  γ,μ, sono le radici di questa equazione, si ha:

 u=±γ2;v=±μ2;w=±ν2.

Si sceglieranno poi tre fra i valori di  u,v,w in modo che si abbia:

uvw=q8,

e se  γ2,μ2,nu2 sono tali valori, le quattro radici dell'equazione sono date dalle espressioni:

 y1=γ2+μ2+ν2,y2=γ2μ2ν2,
 y3=γ2+μ2ν2,y4=γ2μ2+ν2.

L'equazione può avere 4 radici reali; 2 reali e 2 immaginarie; 4 immaginarie; i tre casi dipendono dalla natura delle radici dell'equazione cubica in  z.

Algebriche razionali fratte

Sono le equazioni del tipo:

P(x)Q(x)=0

essendo P eQ polinomi in x. Si riducono intere, moltiplicando i due membri per Q(x).

Sono importanti i seguenti principi:

  1. se si moltiplicano primo e secondo membro di un'equazione A=B per una funzione intera M dell'incognita o delle incognite, l'equazione MA=MB ha certamente per soluzione tutte le soluzioni dell'equazione A=B ma può averne anche altre e precisamente quella della M=0;
  2. se P(x) e Q(x) sono polinomi in x primi fra loro, le equazioni
P(x)Q(x)=0eP(x)=0

sono equivalenti.

Algebriche irrazionali

L'equazione:  f(x,ϕ(x)n)=0, essendo f e φ simboli di funzioni razionali, si rende razionale isolando la parte irrazionale ed elevando i due membri ad n. Se nell'equazione figurano più radicali occorre in generale elevare più volte all'indice n e spesso usare artifici. L'equazione razionale che si ottiene non è in generale equivalente alla data.

Equazioni trascendenti notevoli

a) Esponenziale monomia:  bf(x)=a, essendo  f(x)una funzione algebrica. Essa si trasforma nell'equazione algebrica:

 f(x)=logb a=Log aLog b=log alog b

b) Esponenziale trinomia:  ak2x+bkx+c=0.

Ponendo:  y=kx, da cui  x=logky, essa diventa algebrica di 2° grado in  y.

c) Logaritmica: logbf(x)±logbϕ(x)=a.

Se  f(x) e  ϕ(x) sono funzioni algebriche, esse si trasformano nelle equazioni algebriche:

 f(x)ϕ(x)=baf(x)ϕ(x)=ba.

d) Trigonometrica lineare in  sinx,cosx:

 asinx+bcosx=c.

con la trasformazione: sinx=2tanx21+tan2x2,cosx=1tan2x21+tan2x2

l'equazione diventa algebrica in tanx2.

e) Trigonometrica omogenea di 2° in  sinx,cosx:

 asin2x+bsinxcosx+ccos2x=0

Dividendo per  cos2x, l'equazione diventa algebrica in  tanx; a questo tipo di equazione può pure ridursi l'equazione:

 asin2x+bsinxcosx+ccos2x=d,

ponendo:  d=d(sin2x+cos2x).

f) Trigonometrica razionale intera in  tanx,cotx:  f(tanx,cotx)=0.

Si riduce algebrica razionale intera in  tanx ponendo:

 cotx=1tanx.

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