Một số tính chất của tập nghiệm

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) tứ giác newton, phương trình bậc ba liên kết và nghiệm hữu tỉ của chúng (Trang 27 - 30)

2 Nghiệm hữu tỉ của phương trình Newton

2.4 Một số tính chất của tập nghiệm

Định lý 2.4.1. (Quy tắc Descartes về dấu)Chof (x) =anxn+an−1xn−1+

...+a1x+a0 là một đa thức với hệ số thực, ai ∈ R, i= 0,1, ..., n, ana0 6= 0.

Gọi v là số lần đổi dấu trong dãy (ai) các hệ số của f(x), p là số nghiệm thực dương, tính cả số bội. Khi đó tồn tại số nguyên không âm m sao cho

p = v −2m

Chứng minh. Vì an 6= 0 nên không mất tổng quát ta giả sử

f (x) =xn +an−1xn−1 +...+a1x+a0.

Gọi r1, r2, ..., rp là các nghiệm dương (tính cả số bội nếu nghiệm bội), khi đó đa thức f (x) viết lại dạng

f (x) =g(x).

p

Y

i=0

(x−ri)

trong đó g(x) = xm +bm−1xm−1 + ...+b0 là đa thức với hệ số thực không có nghiệm dương.

Đầu tiên ta chứng minh p, v cùng lẻ hoặc cùng chẵn. Ta có b0 > 0, vì nếu

b0 là số âm thì g(0) = b0 < 0 trong khi chỉ cần x đủ lớn thì g(x) > 0 do đó

g(x) lại có nghiệm dương, dẫn tới mâu thuẫn, do đó b0 > 0. Ta có a0 = b0.(−1)p

p

Q

i=0

ri nên a0 dương nếu p chẵn và âm nếu p lẻ. Vì hệ

số đầu của f (x) là 1 nên số lần đổi dấu v là chẵn nếu a0 dương và lẻ nếu a0

âm. Vì vậy p và v cùng chẵn hoặc cùng lẻ.

Giờ ta sẽ chứng minh p≤ v bằng quy nạp theo n, bậc của f (x).

n= 1, ta có f (x) =x+a0 chỉ có 1 nghiệm x = −a0.

âm nên v = p. Nếu a0 < 0 thì trong f có không sự đổi dấu, v = 1, và f chỉ

có một nghiệm dương nên v = p.

Giả sử n > 1, ta gọi q là số nghiệm dương của f0(x) và w là số lần đổi dấu của các hệ số của f0(x). Ta có

f0(x) =anxn−1 + (n−1)an−1xn−2 +...+ a1

Số lần đổi dấu các hệ số của f0 nhiều nhất là v, do vậy w ≤ v. Nếu a1 = 0 ta có số k sao cho h(x) = f

0(x)

xk là đa thức với hệ số tự do khác 0. h(x) có số lần đổi dấu vẫn bằng w và số nghiệm dương vẫn là q.

Vậy không giảm tổng quát ta giả sử a1 6= 0, và áp dụng giả thiết quy nạp ta có q ≤ w. Mặt khác áp dụng Định lý Rolle cho ta p−1 ≤ q ≤w ≤ v.

Từ đó ta có p−1 ≤ v. Dấu bằng không xảy ra vì p và v cùng chẵn hoặc

cùng lẻ, do đó p≤ v.

Định lý 2.4.2. Cho

f(x) =x3 − a2 + b2 +c2x−2abc, g(x) =x3 − a2 +b2 + c2x+ 2abc

trong đó a, b, c là các số thực dương. Khi đó (i) f có đúng một nghiệm dương ρ thỏa mãn

a2 +b2 +c2 < ρ < a+b+c.

(ii) nếu a = b = c, thì g(x) = x3 − 3a2x + 2a3 = (x − a)2(x + 2a). Nếu không g có đúng hai nghiệm dương là ρ1, ρ2. Giả sử ρ1 < ρ2 thì ta có

ρ1 <

r

a2 +b2 +c2

3 < ρ2.

Chứng minh. (i) Theo quy tắc về dấu của Descartes’, f(x) có nhiều nhất một nghiệm dương. Vì f √ a2 + b2 + c2 = −2abc < 0, và f(a+ b+ c) = (a+b+c)3 −(a+b+c) a2 +b2 +c2−2abc = 2 a2b+ab2 +b2c+bc2 + c2a+ca2+ 4abc > 0.

Nên có một và chỉ một số dương ρthỏa mãn f(ρ) = 0 và √

a2 +b2 +c2 < ρ < a+b+c.

(ii) Trường hợp a = b = c, ta có ngay g(x) = x3 − 3a2x+ 2a3 = (x−

a)2(x+ 2a)

Trường hợp a, b, c không bằng nhau. Theo quy tắc về dấu của Descartes’,

g(x) có nhiều nhất hai nghiệm dương. Ta lại có, g0(x) = 3x2 − a2 +b2 +c2 = 3 x2 −x20 trong đó x0 = r a2 +b2 +c2 3 .

Do đó g(x) giảm với x < x0 và tăng với x > x0 nên g(x) đạt cực tiểu tại

x0. Lại có g(x0) = x30 − a2 +b2 +c2x0 + 2abc = x30 − 3x20x0 + 2abc = −2 a2 +b2 +c2 3 3/2 −√3 a2b2c23/2 ! . Ta có bất đẳng thức: a2 +b2 +c2 3 ≥ √3 a2b2c2. Do a, b, c không bằng nhau nên a2 + b2 + c2 3 > 3 √

a2b2c2. Ta suy ra g(x0) < 0 nên g(x) có hai nghiệm dương với x0 nằm giữa chúng.

Chú ý. Trong Định lý 2.4.2 phần (i), khi a = b = c, đa thức Newton f(x)

trở thành f(x) = x3 −3a2x−2a3 = (x+ a)2(x −2a). Nghiệm dương duy nhất của f(x) thỏa mãn điều kiện là 2a, √

Với kết quả trên cho thấy rằng nếu một tứ giác Newton ABCD có AB =

BC = CD = a, khi đó AD = 2a. Thậy vậy, nếu O là tâm đường tròn

ngoại tiếp tứ giác ABCD thì O là trung điểm của AD, khi đó các tam giác

OAB, OBC, OCD bằng nhau nên ba góc tại O bằng nhau dẫn tới ba tam

giác là ba tam giác đều bằng nhau. Do đó AD = 2a.

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) tứ giác newton, phương trình bậc ba liên kết và nghiệm hữu tỉ của chúng (Trang 27 - 30)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(35 trang)