“n次方程有n个根”的证明

发布时间:2024-12-03 16:09

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27 Feb

By 苏剑林 | 2010-02-27 | 70584位读者 |

代数基本定理:任何一个一元复系数多项式都至少有一个复数根。也就是说,复数域是代数封闭的。

虽说这有其名,但却无其实,它并不是最基本的代数定理;因为在那个时候,代数基本上就是关于解实系数或复系数多项式方程,所以才被命名为代数基本定理(Fundamental theorem of algebra)。

建立在此前提上,我们可以推出:

一元复系数n次代数方程在复数范围内都有n个根(有可能是共轨复根)。

其中用到了数学归纳法以及多项式的“除法”,证明如下:
已知一元一次方程有1个根,一元n次方程至少有1个根。假设(n-1)次方程有(n-1)个根,求证n次方程有n个根。

设函数f(x)=a0+a1x1+...+anxn
我们求一下:f(x)x−x1,其中x1是预先给定的常数。运算的过程可以类似于我们做数字的除法:

多项式除法计算过程

多项式除法计算过程

最终,我们的结果为:
f(x)=a0+a1x1+...+anxn=(x−x1)[anxn−1+(an−1+anx1)xn−2+...+(a1+a2x1+...+anxn−11)]+a0+a1x11+...+anxn1

令x1是方程a0+a1x1+...+anxn=0的一个根,于是
a0+a1x1+...+anxn=(x−x1)[anxn−1+(an−1+anx1)xn−2+...+(a1+a2x1+...+anxn−11)]

那么满足anxn−1+(an−1+anx1)xn−2+...+(a1+a2x1+...+anxn−11)=0的解也是方程的f(x)=0的根,这方程有(n-1)个根,加上x=x1,那么f(x)=0总共有n个根。

证毕。

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