Решение квадратных уравнений через производные

в 8:07, , рубрики: анализ, квадратное уравнение, математика, производная, равноускоренное движение, РУД, уравнение второго порядка

image

Здравствуйте, уважаемые читатели. После прочтения статьи у вас, вероятно, возникнет закономерный вопрос: «А зачем, собственно, это надо?». В силу этого сперва считаю необходимым заблаговременно сообщить, что искомый метод решения квадратных уравнений представлен скорее с морально-эстетической стороны математики, нежели со стороны практического сухого применения. Также заранее извиняюсь перед теми читателями, которые посчитают мои дилетантские изречения неприемлемыми. Итак, начнем забивать гвозди микроскопом.

Имеем алгебраическое уравнение второй степени (оно же квадратное) в общем виде:

image

Представим искомое уравнение как функцию:

image

Где, очевидно, необходимо найти такие значения аргумента image функции, в которых оная возвратила бы ноль.

Кажется, нужно просто решить квадратное уравнение с помощью теоремы Виета или через дискриминант. Но мы ведь собрались здесь не для этого. Давайте-ка лучше возьмем производную!

image

Исходя из определения производной ясно, что подставляя аргумент image в получившуюся выше функцию мы (в частности) получим скорость изменения функции в заданной этим аргументом точке.

Что же дальше делать? Непонятно. А в любом непонятном случае нужно брать производную ещё раз:

image

На этот раз мы получили «скорость скорости» изменения функции (то бишь ускорение) в конкретной точке. Немного проанализировав полученное, можно сделать вывод, что «ускорением» является константа, которая не зависит от аргумента функции — запомним это.

Сейчас вспомним немного физику и равноускоренное движение (РУД). Что у нас есть в арсенале? Верно, имеется формула для определения координаты перемещения по оси image при искомом движении:

image

Где image — время, image — начальная скорость, image — ускорение.
Нетрудно заметить, что наша изначальная функция как раз представляет из себя РУД. Также нельзя оставлять без внимания тот факт, что формула для РУД выше по факту есть результат взятия интеграла от формулы скорости такого движения. Теперь осталось разобраться что есть что, и чего нам не хватает.

«Ускорение» image у нас уже есть — им является производная второго порядка image, выведенная выше. А вот чтобы получить начальную скорость image, нам нужно взять в общем-то любой image (обозначим его как image) и подставить его в производную теперь уже первого порядка image — ибо она и будет искомым.

В таком случае возникает вопрос, какой же image нужно взять? Очевидно, такой, чтобы начальная скорость image была равна нулю, чтобы формула «перемещения при РУД» стала иметь вид:

image

В таком случае составим уравнение для поиска image:

image [подставили image в производную первого порядка image]

Корнем такого уравнения относительно image будет:

image

А значением исходной функции image при таком аргументе будет:

image

Вспомним, какой целью мы задались в самом начале: «необходимо найти такие значения аргумента image функции, в которых оная возвратила бы ноль». Иными словами, нам от положения image необходимо «дойти до нуля».

Так как теперь нам известна начальная скорость, ускорение и какой путь необходимо пройти, то настало время отметить следующее:

image, также как и image

Тогда, подставив все известные величины, получим:

image

Поделим все на image:

image

Теперь становится очевидно, что:

image

Соединим все «детали пазла» воедино:

image

Вот мы и получили окончательное решение поставленной задачи. Вообще Америку мы не открыли — мы просто пришли к формуле решения квадратного уравнения через дискриминант окольными путями. Практического смысла это не несет (примерно таким же образом можно решать уравнения первой/второй степени любого (не обязательно общего) вида).

Целью этой статьи является, в частности, подогрев интереса к анализу мат. функций и вообще к математике.

С вами был Петр, спасибо за внимание!

Автор: ParadoxFilm

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля