Binomické rovnice

Binomická rovnice je algebraická rovnice.

Definice

Obecný tvar binomické rovnice vypadá takto:

$$ax^n+b=0,$$

kde a, b jsou libovolná reálná či komplexní čísla. Dále předpokládáme, že a, b≠0 a že n je přirozené číslo.

Speciální případy binomické rovnice:

Každou binomickou rovnici můžeme převést do normovaného tvaru tak, že rovnici vydělíme číslem a. Rovnice pak bude mít tvar:

$$x^n+\frac{b}{a}=0$$

Můžeme ještě provést substituci a místo zlomku b/a můžeme psát c. Tedy pokud c = b/a, pak bude mít rovnice tvar:

$$x^n+c=0$$

Jak řešit binomickou rovnici

Rovnici nejprve převedeme do normovaného tvaru, následně přesuneme c na pravou stranu a tím získáme tvar rovnice

$$x^n=-c$$

Dále celou rovnici odmocníme n-tou odmocninou.

$$x=\sqrt[n]{-c}$$

Dále tuto rovnici řešíme pomocí vzorce pro odmocňování komplexních čísel. Ten vypadá takto:

$$\sqrt[n]{z}=\sqrt[n]{|z|}\left[\cos\left(\frac{\alpha}{n}+\frac{2k\pi}{n}\right)+i\sin\left(\frac{\alpha}{n}+\frac{2k\pi}{n}\right)\right]$$

přičemž platí

$$z=|z|(\cos\alpha+i\sin\alpha)$$

a celý vzorec platí pro k = 0, 1, …, n − 1.

Příklad: vypočítejte kořeny rovnice x3 − 4 = 0. Po normalizování a odmocnění bude mít rovnice tvar:

$$x=\sqrt[3]{4}$$

Protože číslo c = 4, tedy nemá žádnou imaginární složku, bude úhel α rovný nule a můžeme ho tak vypustit ze vzorce. k-tý kořen rovnice bude mít tvar:

$$x_k=\sqrt[3]{4}\left[\cos\left(\frac{2k\pi}{3}\right)+i\sin\left(\frac{2k\pi}{3}\right)\right]$$

Nyní musíme tenhle vzorec aplikovat pro k = 0, 1, 2. Pro k = 0 dostaneme:

$$x_0=\sqrt[3]{4}(\cos0+i\sin0)=\sqrt[3]{4}$$

Pro k = 1:

$$\begin{eqnarray} x_1=\sqrt[3]{4}&=&\left(\cos\frac{2\pi}{3}+i\sin\frac{2\pi}{3}\right)\\ &=&\sqrt[3]{4}\left(-\frac12+i\frac{\sqrt{3}}{2}\right)\\ &=&\frac12\sqrt[3]{4}(-1+i\sqrt{3}) \end{eqnarray}$$

Pro k = 2:

$$\begin{eqnarray} x_2=\sqrt[3]{4}&=&\left(\cos\frac{4\pi}{3}+i\sin\frac{4\pi}{3}\right)\\ &=&\sqrt[3]{4}\left(-\frac12-i\frac{\sqrt{3}}{2}\right)\\ &=&-\frac12\sqrt[3]{4}(1+i\sqrt{3}) \end{eqnarray}$$

A to je vše, máme tři kořeny x0, x1 a x2.

Další zdroje