Содержание и значение математической символики

Считается, что эллины заимствовали первые сведения по геометрии у египтян, по алгебре - у вавилонян.

В древнейших египетских источниках папирусе Райнда и Московском папирусе - находим задачи на «аха» (термин «аха» означает «куча», «груда»). Имеется в виду некоторое количество, неизвестная величина, подлежащая определению) соответствующие современным линейным уравнениям, а также квадратным вида ах2 = b. В вавилонских клинописных текстах имеется большое число задач, решаемых с помощью уравнений и систем первой и второй степеней, которые записаны без символов, но в специфической терминологии. В этих текстах решаются задачи, приводящие к трехчленным квадратным уравнениям вида ах2 - bх = с или х2 - рх = q. В задачах на «аха» можно обнаружить зачатки алгебры как науки о решении уравнений.

Но если вавилоняне за два тысячелетия до нашей эры умели числовым путем решать задачи, связанные с уравнениями первой и второй степеней, то развитие алгебры в трудах Евклида (365 - ок. 300 гг. до н. э.), Архимеда (287-212 гг. до н. э.) и Аполлония (ок. 260-170 гг. до н. э.) носило совершенно иной характер: греки оперировали отрезками, площадями, объемами, а не числами. Их алгебра строилась на основе геометрии и выросла из проблем геометрии. В XIX в. совокупность приемов древних получила название геометрической алгебры.

В качестве примера геометрической алгебры греков рассмотрим решение уравнения х2 + ax = b2.

Античные математики решали эту задачу построением и строили искомый отрезок так, как показано на рисунке.

На заданном отрезке АВ (равном a) строили прямоугольник AM со сторонами (а + х) и x, равновеликий данному квадрату (b2), таким образом, чтобы избыточная над прямоугольником AL (равная ах) площадь ВМ была квадратом, по площади равным х2. Сторона этого квадрата и давала искомую величину х. Такое построение называли гиперболическим приложением площади.

Новый подъем античной математики относится к III в. н. э., он связан с творчеством великого математика Диофанта. Диофант возродил и развил числовую алгебру вавилонян, освободив ее от геометрических построений, которыми пользовались греки.

Начиная с V в. центр математической культуры переместился на восток - к индусам и арабам. Математика индусов резко отличалась от математики греков она была числовой. Индусы не были озабочены строгостью эллинов в доказательствах и обосновании геометрии. Они довольствовались чертежами, на которых у греков основывалось доказательство, сопровождая их указанием: «Смотри!». Предполагается, что благодаря числовым выкладкам и практическому эмпиризму индусам удалось постичь теоремы и методы греков, теоретического обоснования которых они, возможно, по-настоящему не понимали.

Основные достижения индусов состоят в том, что они ввели в обращение цифры, называемые нами арабскими, и позиционную систему записи чисел, обнаружили двойственность корней квадратного уравнения, двузначность квадратного корня и ввели отрицательные числа.

Индусы рассматривали числа безотносительно к геометрии. В этом их алгебра имеет сходство с алгеброй Диофанта. Они распространили правила действия над рациональными числами на числа иррациональные, производя над ними непосредственные выкладки, а не прибегая к построениям, как это делали греки. Например, им было известно, что

Греки, не знавшие отрицательных чисел, решая уравнения, преобразовывали их так, чтобы обе части уравнения при значении неизвестной, удовлетворяющей этому уравнению, были положительными. Если этого не происходило, то менялись условия задачи. Индусы в аналогичных ситуациях не были стеснены в своих действиях: они либо отбрасывали получающиеся отрицательные решения, либо интерпретировали их как долг, задолженность. Отсюда сделан был естественный шаг к установлению правил действий над величинами при любом выборе знаков этих величин, а также к выявлению наличия двух корней у квадратных уравнений и двузначности квадратного корня.

Индусами был сделан шаг вперед по сравнению с Диофантом и в совершенствовании алгебраической символики: они ввели обозначения нескольких различных неизвестных и их степеней, которые были, как у Диофанта, по сути дела сокращениями слов. Кроме того, они искали решения неопределенных уравнений не в рациональных, а в целых числах.

2.1.4 Алгебра арабов

Но еще до того как началось усиленное изучение арабами трудов древних математиков, в 820 г., вышел трактат по алгебре «Краткая книга об исчислении ал-джабра и ал-мукабалы» Мухаммеда ибн Муса ал-Хорезми (т. е. из Хорезма, 787 - ок. 850г. н. э.), где давались числовое и геометрическое решения уравнений первой и второй степеней.

Название трактата соответствует операциям при решении уравнений: «ал-джабр» (восстанавливать) означает восстановление отрицательного члена в одной части уравнения в виде положительного в другой. Например, преобразовав уравнение

2х2 + Зх -2 = 2х к виду 2х2 + Зх = 2х + 2, мы произвели операцию ал-джабр.

«Ал-мукабала» означает сопоставление подобных членов, приведение их к одному; в нашем уравнении подобные члены Зх и 2х, поэтому получим 2x2 + x = 2.

Модификация слова ал-джабр породила более позднее алгебра. Аналогично, слово алгорифм (алгоритм) произошло от ал-Хорезми.

Основное внимание в трактате ал-Хорезми обращает на решение уравнений вида

ax2 = bx, ax2 = c, ax2 + bx = c, ax2 + c = bx, bx + c = ax2, bx = c,

которые формулирует словесно, например, так: «квадраты и корни равны числу» (ах2 + bх = с). Он высказывает правила, дающие только положительные решения уравнений, определяет условия, при которых эти решения существуют. Обоснование правил ал-Хорезми дает в духе геометрической алгебры древних.

От арабов Европа получила следующий способ решения уравнения

х2 + ах = b.

Построим квадрат х2, к его сторонам приложим четырехугольники длины х + 2а/4 = х + а/2 и ширины а/4. Тогда площадь полученного квадрата

Величины b и а известны, поэтому можно построить, откуда х + = -. Впрочем, ал-Хорезми, приведший в своем сочинении этот метод, уравнению ах2 + с = bх приписывал два корня.

В трактате приведены некоторые сведения о действиях над алгебраическими выражениями, примеры решения треугольников много задач о разделе наследства приводящих к уравнениям первой степени. Таким образом, трактат ал-Хорезми не содержал ничего нового по сравнению с тем, что было у греческих авторов и индусов, но он заслуживает внимания потому, что в течение длительного времени был руководством, по которому велось обучение в Европе.

2.1.5 Развитие алгебры в Европе

Французский епископ Николь Орем (1323-1382) рассматривал «дробно - рациональные отношения», соответствующе современным степеням a?, a?, a3/2 и т.д., сформулировал правила операций с этими отношениями типа

Орем вплотную подошел к понятию иррационального показателя. Он доказал расходимость гармонического ряда 1 + +++…

Выдающимся алгебраистом своего времени стал монах-францисканец Лука Пачоли (ок. 1445 - ок.1514) близкий друг Леонардо да Винчи, работавший профессором Математики в университетах и различных учебных заведениях Рима, Болоньи, Неаполя, Флоренции, Милана и других городов.

Он ввел «алгебраические буквы» (caratteri algebraici), дал обозначения квадратному и кубическому корням, корню четвертой степени; неизвестную х он обозначал со (cosa - вещь), х2 - се (censo - квадрат, от латинского census), х3 - cu (cubo), x4 - се. се. (censo de censo), x5 - р°г° (primo relato - «первое relato», x6 - р°г° х - се. cu. (censo de «второе relato»), х8 - ce. ce. ce. (de censo), x9 - cu. cu. (cubo de cubo), x10 - ce. p°r° (censo de primo relato), x13 - 3°r° (tersio relato - «третье relato») и т. д.; свободный член уравнения - n° (numero - число). Как видим, некоторые степени Пачоли получал мультипликативным способом с помощью показателей 2 и 3 (х4 = х2?2 , х6 = х2?3, х9 = х3?3 и т. д.), а в случаях, когда так не получалось, пользовался словом relato (например, при образовании х5, х7, х11 и т. д.). Специальными символами Пачоли обозначил вторую неизвестную и ее степени. Для обозначения операции сложения он воспользовался знаком (plus - больше), для обозначения вычитания - знаком (minus - меньше). Он сформулировал правила умножения чисел, перед которыми стоят знаки и.

Раздел «Суммы», посвященный алгебраическим уравнениям, Пачоли закончил замечанием о том, что для решения кубических уравнений х3 + ах = b и х3 + b = ах «искусство алгебры еще не дало способа, как не дан еще способ квадратуры круга».

Некоторый шаг в совершенствовании алгебраической символики сделал бакалавр медицины Н. Шюке (ум. ок. 1500 г.), который в книге «Наука о числах в трех частях» изложил правила действий с рациональными и иррациональными числами и теорию уравнений. Для сложения и вычитания он вслед за Пачоли пользовался знаками и, причем, знак служил и для обозначения отрицательного числа. Неизвестную величину он называл premier («первое число»), а ее степени - вторыми, третьими и т. д, числами. Записи степеней неизвестной у Шюке лаконичны. Например, современные символы 5, 5ж, 5х, 5х2, 5х3 у него выглядели бы так: 5°, 51, 52, 53. Вместо равенства 8х3?7х-1 = 56х2 Шюке писал: «83, умноженное на 71?, дает 562». Таким образом, он рассматривал и отрицательные показатели. Относительно свободных членов уравнения Шюке указывал, что эти числа «имеют имя нуль».

Значительного успеха в совершенствовании «алгебраических букв» Луки Пачоли достигли немецкие алгебраисты - «коссисты». Они вместо и ввели знаки + и -, знаки для неизвестной, и ее степеней, свободного члена.

XVI в. в алгебре ознаменовался величайшим открытием - решением в общем виде уравнений третьей и четвертой степеней.

Спицион дель Ферро в 1506 г. нашел решение кубического уравнения вида

x3 + ax = b a,b >0. (1)

Чуть позже Тарталья указал решение этого же уравнения в виде х = -, где u - v = b, uv =, откуда u и v находятся как корни квадратного уравнения.

Также он нашел решение уравнения x3 = ax + b a,b >0 (2) виде х = +, где u + v = b, uv =.

Уравнение же x3 + b = ax a,b >0 можно решить с помощью уравнения (2).

В те времена предпочитали избегать отрицательных корней и задачи, сводящиеся к отрицательным корням уравнения (2), преобразовывали так, чтобы они приводили к положительным корням уравнения (3). Лишь Кардано позже осознал выгоду рассмотрения отрицательных корней.

Почему рассматривались только уравнения вида (1) и (2)? На этот вопрос ответ дал Кардано.

Чтобы разобраться в нем, рассмотрим полное уравнение третьей степени.

y3 + ay2 + by + c = 0.

Не следует думать, что Тарталья и Кардано писали такие уравнения. Нет, так стали поступать гораздо позже. Записывать все члены уравнения в одной части, приравнивая к одной части, начал Декарт. Да и символики не было, пользовались прообразами символов и словами. Уравнение x3 + ax = b записывалось примерно так: «куб» (х3) некоторое количество (а) «вещей» (х) равно данному «числу» (b). Понять можно, но оперировать сложно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полное уравнение можно преобразовать в неполное, не содержащее члена с квадратом неизвестной. Сделаем замену y = x + a и подставим в уравнение; получим х3 + (3a + а)х2 + (3a2 + 2aа + b)x + (a3 + aa2 + ba + c) = 0.

Положим 3a + а = 0. Найдем отсюда a = - а/3 и подставим в выражения

p = 3a2 + 2aа + b, q = a3 + аa2 + ba + c.

Тогда уравнение примет вид х3 + px + q = 0.

В нашей символике это уравнение соответствует уравнениям (1), (2), которые решал Тарталья.

Кардано узнал способ решения уравнений третьей степени, предложенный Тартальи, опубликовал его. Формула же стала носить название «формулы Кардано».

Выведем теперь ее.

Рассмотрим уравнение х3 + px + q = 0. Введем новые неизвестные x = u + v и подставим их в исходное уравнение; получим u3 + v3 + (3uv + p)(u + v) + q = 0.

Приравняем 3uv + p к нулю: 3uv + p = 0.

Уравнение примет вид u3 + v3 + q = 0. Тогда uv = -, u3v3 = -, u3 + v3 = -q.

Выражения u3 и v3 можно принять за корни квадратного уравнения z2 + qz -= 0.

Решая его, получим z1 = -+, z2= --.

Таким образом, x = u + v = +, x =+.

Это и есть формула Кардано. Не лишне заметить, что в таком виде Кардано ее не искал: он формулировал решение уравнений (1)и (2) и рассматривал связь между уравнениями (2) и (3).

В случае, когда +0.

Для получения уравнения четвертой степени возведем левую и правую части уравнения в квадрат:

(х2 + ах - b)3 = x4 + a2x2 + b2 + 2ax3 - 2bx2 - 2abx = 0

Полученное уравнение можно переписать:

x4 + 2ах3 + 2а2x2 - а2x2+ b2 - 2bх2 - 2abx = 0.

Исключим 2ах3 + 2a2x2, воспользовавшись тем, что b = х2 + ax:

2ах(х2 + аx) = b2аx, 2ах3 + 2a2x = 2abx.

Тогда x4 + 2abx - а2x2 + b2 - 2bx2 - 2abx = 0, x4 - a2x2 + b2 - 2bx2 = 0.

Теперь осталось исключить x2; из исходного уравнения найдем: x2 = b - ax и подставим в последнее:

x4 - (a2 + 2b)x2 + b2 = 0, x4 - (a2 + 2b)(b - ax) + b2 = 0, x4 + (2ab + a3)x = b2 + a2b

Полученное уравнение четвертой степени имеет те и только те положительные корни, которые были у исходного квадратного.

Для нахождения трехчленного уравнения третьей степени Виет в качестве исходного брал уравнение

ax - x2 = ab

и умножал его левую и правую части на х + b; это при водило к уравнению

(а - b)х2 - х3 = ab2

с теми же положительными корнями, которые были у квадратного.

И еще один частный вопрос рассмотрел Виет. В уравнении

ахm - xm+n = b

имеющем по условию два корня, он определил коэффициенты, при которых корни уравнения имели бы заданные значения.

Пусть эти корни у и z. Тогда

Ту же задачу он решил относительно уравнения

xm+n + axm = b, где m + n - число четное, m - нечетное.

Чрезвычайно важно то, что Виет распространил известные ранее частные преобразования на все алгебраические уравнения. Подстановку х = у + k, применявшуюся Кардано для исключения из кубического уравнения члена второй степени, он применил к уравнениям любой степени. Также известную Кардано обратную подстановку х = k/y Виет употреблял, чтобы освободиться в некоторых случаях от отрицательных коэффициентов и иррациональностей. Например, уравнение х4 - 8х = подстановкой х = он преобразовал к виду y4 + 8у3 = 80. Подстановкой х = y Виет преобразовывал уравнение n-й степени так, что коэффициент при члене (n -1)-й степени (a) становился равным b, в то время как старший коэффициент оставался равным единице. Подстановку х = ky он применял, чтобы избавиться от дробных коэффициентов.

Особый интерес представляет исследование Виета по составлению уравнений из линейных множителей и по установлению связей между корнями уравнения и его коэффициентами. Первоначальные сведения и по тому, и по другому вопросу были у Кардано.

Кардано в ту пору, когда еще не знал метода дель Ферро и Тартальи, решал некоторые уравнения третьей степени разложением на множители. В уравнении

2х3 + 4x2 + 25 = l6x + 55

с этой целью он прибавлял к обеим частям 2x2 + 10x + 5. Затем преобразовывал его к виду (2х + 6)(х2 + 5) = (х + 10)(2х + 6), сокращал на 2х + 6 и получал квадратное уравнение.

Кардано же при нахождении положительного корня уравнения х3 + b = ах складывал его почленно с уравнением у3 = ay + b, получал из них квадратное уравнение делением на х минус известный отрицательный корень х - (-у). Такое преобразование позволило Кардано установить, что коэффициент при члене второй степени в правой части кубического уравнения равен сумме его корней. Это был первый шаг к установлению зависимости между корнями и коэффициентами алгебраического уравнения.

Виет составил полные уравнения с заданными положительными корнями вплоть до пятой степени и показал, как образуются коэффициенты при xn-1, xn-2, xn-3, ... Он установил, что эти коэффициенты при условии, что старший коэффициент равен 1 или -1 (свободный член в правой части должен был стоять со знаком +), представляют собой взятые с чередующимися знаками суммы: самих корней, парных произведений их, произведений корней, взятых по три, и т. д. Работа, в которой Виет подробно рассмотрел это утверждение, до нас не дошла. Неизвестно, как он поступал в том случае, когда уравнение имеет и отрицательные корни. Но, скорее всего, это не представляло для Виета особых трудностей: достаточно было сделать в уравнении замену х = -у и можно оперировать с положительными корнями нового уравнения. Такие примеры в его работах встречались. Если уравнение х3 + q = рх имеет два положительных корня х1 и х2, то уравнение y3 = ру + q - один положительный корень у1 = -х3 причем у1 = х1 + х2 (это знал Кардано), x12 + x22 + x1x2 = p, x1x2(x1 + x2) = q.

Как видим, в исследованиях Виета встречались начала теории симметрических функций и разложения многочленов на линейные множители, что вскоре привело к открытию основной теоремы алгебры о числе корней уравнения произвольной степени. Эти исследования Виета продолжили математики следующего поколения Т. Гарриот (1560-- 1621), А.Жирар (1595-1632), Р. Декарт (1596-1650).

2.3 Символика Декарта и развитие алгебры

В сочинении «Исчисление г. Декарта» неизвестный автор изложил арифметические основы математики Декарта. Они писал: «Эта новая арифметика состоит из букв a, b, c и т.д., а также из цифр 1, 2, 3 и т.д. Если цифры стоят перед буквами, например, 2а, 3b, 1/4с, то это означает, что величина а берется двойной, величина b - тройной, а от величины с берется четверть. Но если они находятся позади букв, например, а3, b4, c5, то это означает, что величина а умножается сама на себя три раза, величина b - четыре раза, а величина с - пять раз». «Сложение производится с помощью такого знака +. Так, чтобы сложить а и b, я пишу а + b. Вычитание производится с помощью такого знака -. Так, чтобы вычесть а из b, я пишу b - a и т. д. Если в вычитаемом выражении есть несколько частей, то у них в нем изменяются лишь знаки. Так, если из d требуется вычесть а - b + с, то останется d - а + b - -с. Точно так же при вычитании а2 - b2 из с2 - d2 останется с2 - d2 - а2 + b2. Но если имеются присоединенные цифры и члены одинакового вида, то их следует подписывать друг под другом и производить их сложение и вычитание как в обыкновенной арифметике... Если требуется умножить одну букву на другую, то их следует лишь соединить вместе, но если имеются присоединенные, числа, то они следуют законам обыкновенной арифметики. Что касается знаков, то известно, что + на + дает в произведении + и что -, умноженный на -, также дает в произведении +. Но + на - или же -, умноженный на +, дает в произведении -».

Точно так же определялись действие деления, операции с дробями «по правилам обыкновенной арифметики». Вот рассуждение о корне: «Когда корень извлечь из квадрата нельзя, его квадрат помещают под связку, чтобы отметить, что его следует рассматривать как корень, и тогда его корень называют иррациональной величиной».

Из всего этого видно, как далеко зашла формализация алгебраических действий по сравнению с тем, что было у древних греков и у предшественников Декарта; видно также, что надобности в геометрической интерпретации алгебры уже нет.

Формализации алгебры (и всей математики) чрезвычайно способствовало то, что Декарт усовершенствовал буквенную символику. Он обозначал известные величины буквами а, b, с, неизвестные («неопределенные») - буквами x, y, z, .... Он ввел обозначения степеней: a2, a3 , х3 , . . . Правда, квадраты величин он выражал и с помощью символов аа, хх. Обозначение корня несколько отличается от современного. Так, выражение означает один из кубических корней, входящих в формулу Кардано.

Все буквы в формулах Декарта считались положительными величинами; для обозначения отрицательных величин ставился знак минус; если знак коэффициента произволен, перед ним ставилось многоточие. Знак равенства имел необычный вид . Размещено на http://www.allbest.ru/

Вот как, например, выглядело уравнение с произвольными коэффициентами:

+x4…px3…qx… 0.

И еще один символ применял Декарт: он ставил звездочки, чтобы показать отсутствующие члены уравнения, например:

x5*** - b 0.

Другие математики того времени тоже пользовались символикой, близкой к разработанной Декартом, а древние греки излагали свои мысли вообще без символики. Ферма построил аналитическую геометрию, располагая запасом употребляемых до него алгебраических средств. «...все это может побудить нас недооценить те успехи, которые поставлены здесь во главу всей математической деятельности Декарта. Значение этих успехов становится, однако, понятным, если мы примем во внимание, как часто мы должны были для изложения идей более ранних авторов прибегать к пользованию алгебраической формой Декарта; без нее мы вряд ли смогли бы это сделать сколь-нибудь сжато и наглядно. Мы смогли воспользоваться этой алгебраической формой, с одной стороны, потому что декартова трактовка алгебры благодаря своим преимуществам получила ныне широкое распространение, и знакомство с ней происходит уже в школе. С другой стороны, она уже сама по себе в большой мере расчистила путь многому, что раньше могло быть изложено лишь весьма громоздким образом и было поэтому доступно лишь очень способным математикам» (Цейтен Г. Г, История математики в XVI и XVII веках, с. 202)

Иными словами, разработка и введение алгебраической символики сделали математику более демократичной.

Уравнения, по утверждению Декарта, представляют собой равные друг другу суммы известных и неизвестных членов или же, если рассматривать эти суммы вместе, равны «ничему» (нулю). Декарт указал, что «уравнения часто удобно рассматривать именно последним образом», т. е. в виде Р (х) = 0. Для теоретических построений Декарта такая запись уравнений играла важную роль.

Этой формой он пользовался при установлении числа корней алгебраического уравнения, что привело к формулировке основной теоремы алгебры: число корней уравнения (положительных - «истинных», отрицательных - «ложных» и мнимых - «воображаемых») равно числу единиц в наивысшем показателе степени входящей в уравнение неизвестной величины. Справедливость теоремы он аргументировал тем, что при перемножении n двучленов вида х - а получается многочлен степени n. Недостающие «воображаемые» корни, природу которых Декарт не разъясняет, можно примыслить.

Если все корни положительны, то, по словам Декарта, дело обстоит так: «Знайте, что всякое уравнение может иметь столько же различных корней или же значений неизвестной величины, сколько последняя имеет измерений; ибо если, например, принять х равным 2, или же х - 2 равным ничему, а также х = 3 или же х - 3 = 0, то, перемножив оба эти уравнения x - 2 = 0 и x - 3 = 0, мы получим хх - 5х + 6 = 0, или же хх = 5x - 6, уравнение, в котором величина х имеет значение 2 и вместе с тем значение 3.

Если принять еще, что х - 4 = 0 и умножить это выражение на хх - 5x + 6 = 0, то мы получим х3 - 9хх + 2бх - 24 = 0, другое уравнение, в котором х, обладая тремя измерениями, имеет вместе с тем три значения, а именно 2, 3 и 4»

Если же «х выражает собой также недостаток какой-нибудь величины, скажем 5, то мы получим х + 5 = 0». Умножив х + 5 на левую часть предыдущего уравнения и приравняв результат нулю, получим

x4 - 4x3 - 19xx + 10бх - 120 = 0, (1)

«уравнение, у которого четыре корня, именно три истинных 2, 3, 4 и один ложный -5».

Построение левой части уравнения в виде произведения двучленов приводит к тому, что степень уравнения можно понизить, разделив левую часть его на х - a, где а - корень уравнения. С другой стороны, если такое деление невозможно, то число а не будет корнем уравнения. Левую часть уравнения (1), например, можно разделить на х - 2, х - 3, х - 4, х + 5 и нельзя разделить на любой другой двучлен х - а; «это показывает, что оно может иметь лишь четыре корня: 2, 3, 4 и -5».

Декарт сформулировал правило знаков, дающее возможность установить число положительных и отрицательных корней уравнения: «Истинных корней может быть столько, сколько раз в нем изменяются знаки + и -, а ложных столько, сколько раз встречаются подряд два знака + или два знака -». Впоследствии он внес уточнение: при наличии мнимых («невозможных») корней уравнения число положительных корней может (а не должно) быть равным числу перемен знаков. Декарт высказал правила и на примерах показал, какие следует выполнять преобразования, чтобы изменить знаки корней уравнения, увеличить или уменьшить корни, получить уравнение, не содержащее второго члена, и т. д. «Легко, далее, сделать так, чтобы все корни одного и того же уравнения, бывшие ложными, стали истинными, и вместе с тем все бывшие истинными стали ложными; именно это можно сделать, изменив на обратные все знаки + или -, стоящие на втором, четвертом, шестом и других, обозначенных четными местах, не изменяя знаки первого, третьего, пятого и им подобных, обозначенных нечетными числами мест».

Применив такое преобразование к уравнению (1), получим уравнение

х4 + 4x3 - 19хх - 106x - 120 = 0, (2)

имеющее один положительный корень 5 и три отрицательных: -2, -3, -4.

Можно, не зная корней уравнения, увеличить или уменьшить их на какую-либо величину, для чего необходимо сделать соответствующую замену. Например, уравнение (2) после замены х = у - 3 преобразуется к виду y3 - 8у2 - у + 8 == 0; его положительный корень 8 превышает положительный корень уравнения (2) на 3.

Декарт заметил, что, «увеличивая истинные корни, мы уменьшаем ложные и наоборот», при этом он имел в виду абсолютные величины корней.

Правило исключения второго члена уравнения, известное еще Виету, Декарт иллюстрировал примерами.

Так, уравнение y4+ 16y3 + 71y2 - 4y -120 = 0 подстановкой z - 4 = у он сводил к

z4 - 25z2 - 60z - 36 = 0; его корни -3, -2, -1, 6.

Второй член уравнения x4 - 2ах3 + х2 (2а2 - с2) - 2aзx + а4 = 0 он исключал подстановкой х = z + a его к виду z4 + z2 (a2 - c2) - z (a3 + ac2) + a4 -a2c2 = 0.

Декарт говорил, что можно также «сделать, чтобы все ложные корни уравнения стали истинными, но истинные не стали ложными». Он утверждал, что легко приблизительно оценить величину неизвестных отрицательных корней уравнения. В этом можно усмотреть постановку вопроса о границах действительных корней уравнения, которому впоследствии уделил большое внимание Ньютон.

Для умножения и деления неизвестных корней уравнения на число, приведения дробных и иррациональных коэффициентов к целым Декарт пользовался теми же подстановками, которые были известны и Виету. Рассмотрим пример.

Если положить у = х и z = 3у, то уравнение

Размещено на http://www.allbest.ru/

x3 - x2 + x -= 0

знак математика десятичный декарт

преобразуется последовательно в уравнение

y3 - 3y2 + y -= 0, а затем в z3 - 9z2 + 26z - 24 = 0.

Корни окончательного уравнения 2, 3, 4; предыдущего -, 1, первого -

О «воображаемых» (мнимых) корнях уравнения Декарт писал: «Как истинные, так и ложные корни не всегда бывают действительными, оказываясь иногда лишь воображаемыми. Другими словами, хотя всегда можно вообразить себе у каждого уравнения столько корней, сколько я сказал, но иногда не существует ни одной величины, которая соответствует этим воображаемым корням. Так, например, хотя у уравнения х3 - 6xx + 13x -10 = 0 можно вообразить себе три корня, но на самом деле оно имеет только один действительный, именно 2. Что касается двух других корней, то сколько бы их ни увеличивать, уменьшать или умножать так, как я только что объяснил, все равно их не удастся сделать иными, чем воображаемыми».