求解一元二次方程式不再繁瑣!美國數學博士發現簡便新方法

2020-12-13 騰訊網

二次方程式是古老的數學公式,其歷史可以追溯到公元前2000年的古代巴比倫人。它最初是被用來計算涉及長度可能變化的矩形問題的方法。它是一個「多項式方程」,意味著它始終有兩個有效解。

在典型的二次方程式X^2-BX + C = 0中,學生們會嘗試根據經驗法則求出X的兩個不同解:B的值應等於兩個不同解值的總和,而C則等於兩個解值相乘的結果。

這條規則給了學生們一個大致的框架,當前大多數學生都會使用猜測和校驗方法進行求解,在該方法中,他們對答案可能落在什麼範圍內進行有根據的猜測,然後計算其猜測是否真正有效。

現在卡內基梅隆大學的一位教授為全球正在學習代數的學生帶來了一個好消息,他提供了一種更簡單有效的方法,來解決涉及二次方程的問題。

這個新方法是羅博深博士在指導參加美國數學奧林匹克競賽的初中生,打算編寫一些涉及二次方程的試題時無意中發現的。他的方法包括應用一個簡單得多的方程來求解二次方程中的一個變量,而不必進行通常很繁瑣的整個方程的計算。

羅伯森博士製作了一段視頻解釋他的發現,他對於當時自己的發現說:「我都驚呆了,我以前怎麼沒見過這個解法,我在任何教科書裡都沒見過」。

最初他不敢相信他是第一個發現這種新方法的人,於是他仔細查找了數學史上有關二次方程式的資料,反覆核對了古巴比倫和古印度的相關數學文本。

二次方程式之所以這麼難解的部分原因在於,它不是只有一個答案,而是兩個答案,用數學術語來說就是多項式方程。由於學生們在嘗試求解方程式時,必須確保他們的答案對於兩個不同的數字都適用,所以大多數人最終會藉助於一種勞動密集型的猜測和檢查方法,即學生們將數字代入方程,看看它們是否可行。

對於羅博深博士而言,學生們的做法有些與數學精神背道而馳,數學算法本質上是將「本來應該複雜的事情簡化為簡單的事情」的學問。

那麼卡內基梅隆大學的羅博深博士的新方法究竟有什麼不同,恐怕你已經等不及了,現在讓我們看看下列幾張圖, 為什麼我們說它更簡單更好計呢?

羅博士的解題思路主要從從X^2-BX + C = 0中的B值開始,而不是針對C進行因式分解。針對方程式中的B,上圖中2個解的值的總和是8,那麼這2個數值應該距離平均值相等。所以可以用4-U 和4+U進行表述,U代表未知數。

而這2個數的乘積應該等於12,所以(4-U)*(4+U)=16-U^2=12, 於是U^2=4, 進而計算出U=+2或-2,最後可以算出2個數值就是2和6。

他的發現可以讓運算簡化,這樣其他猜測工作就無關緊要了。

羅博深博士總結說:由於該方法從總和開始解決問題,因此可以用來求解任何二次方程式。下面兩個圖片應用了同樣的運算方式。

這樣的新算法是不是很好理解,很容易計算呢?對於他的發現,羅博士想與世界儘可能地廣泛分享,因為至少它可以揭開一個數學複雜運算中的神秘面紗,而這個方程式讓很多人頭疼,覺得數學並不適合他們。

最後他說:「我認為,如果能夠證明數學實際上是一門仍然可以讓每個人欣賞的學科,那這個發現是非常有用的。數學實際上是很美的。」

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