비에트 정리
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1. 개요
비에트 정리는 n차 다항식의 근과 다항식 계수 사이의 관계를 나타내는 정리이다. n차 다항식의 근들을 x₁, x₂, ..., xₙ이라고 할 때, 비에트 정리에 따르면 근들의 합, 곱, 그리고 근들의 조합으로 만들어지는 식들은 다항식의 계수와 일정한 관계를 갖는다. 예를 들어, 이차 방정식의 경우 두 근의 합은 -b/a, 곱은 c/a와 같다. 비에트 정리는 다항식의 근을 직접 구하지 않고도 근들의 관계를 파악하는 데 유용하며, 프랑수아 비에트가 양의 근에 대해 처음 발견했고, 알베르 지라르가 일반적인 경우로 확장했다.
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비에트 정리 | |
---|---|
개요 | |
이름 | 비에트의 공식 |
유형 | 다항식 |
분야 | 수학 |
공식 | |
다항식 | aₙ xⁿ + aₙ₋₁ xⁿ⁻¹ + … + a₁ x + a₀ |
근 | α₁, …, αₙ |
조건 | aₙ ≠ 0 |
관계 | α₁ + α₂ + ... + αₙ = -aₙ₋₁ / aₙ α₁α₂ + α₁α₃ + ... + αₙ₋₁αₙ = aₙ₋₂ / aₙ α₁α₂α₃ + α₁α₂α₄ + ... + αₙ₋₂αₙ₋₁αₙ = -aₙ₋₃ / aₙ ... α₁α₂...αₙ = (-1)ⁿ a₀ / aₙ |
예시 | |
이차 방정식 | ax² + bx + c = 0 |
근의 합 | α₁ + α₂ = -b/a |
근의 곱 | α₁α₂ = c/a |
삼차 방정식 | ax³ + bx² + cx + d = 0 |
근의 합 | α₁ + α₂ + α₃ = -b/a |
두 근의 곱의 합 | α₁α₂ + α₂α₃ + α₃α₁ = c/a |
근의 곱 | α₁α₂α₃ = -d/a |
2. 정의
음이 아닌 정수 에 대하여, 차 복소수 다항식
:
이 주어졌다고 하자. 대수학의 기본 정리에 따르면, 이 다항식은 복소수 범위 내에서 (중복도를 포함하여) 정확히 개의 영점(근) 를 갖는다.
'''비에트 정리'''는 이 다항식의 근 과 계수 사이에 성립하는 관계를 설명하는 정리이다. 구체적으로, 각 에 대하여, 근들의 차 기본 대칭 다항식 값은 계수들과 다음과 같은 관계를 가진다.
:
4. 예
비에트 정리가 이차 다항식과 삼차 다항식, 사차 다항식에 적용되는 예시는 다음과 같다.
이차 다항식
삼차 다항식
사차 다항식
r_1 + r_2 + r_3 + r_4 &= -\frac{b}{a} \\
r_1 r_2 + r_1 r_3 + r_1 r_4 + r_2 r_3 + r_2 r_4 + r_3 r_4 &= \frac{c}{a} \\
r_1 r_2 r_3 + r_1 r_2 r_4 + r_1 r_3 r_4 + r_2 r_3 r_4 &= -\frac{d}{a} \\
r_1 r_2 r_3 r_4 &= \frac{e}{a}
\end{align*}
이러한 관계는 인수 정리를 이용하여 다항식을 근으로 인수분해한 뒤, 전개하여 계수를 비교함으로써 유도할 수 있다. 각 차수별 방정식에 대한 자세한 유도 과정은 하위 섹션에서 확인할 수 있다.
4. 1. 일차 방정식
일차항 계수가 0이 아닌 복소수 계수 일차 방정식:
은 유일한 복소수 해
:
를 가진다. 이 경우 비에트 정리는 위 등식과 일치한다.
4. 2. 이차 방정식
이차항 계수:
의 (중복도를 감안한) 복소수 근을
:
:
이 관계는 인수 정리를 통해 유도할 수 있다.
:
이 식을 전개하면
:
초등 수학 과정에서 인수 정리나 대수학의 기본 정리를 배우지 않았다면, 이차 방정식의 근의 공식을 이용하여 두 근을 직접 구한 뒤, 두 근의 합과 곱을 계산하여 위 관계식을 유도할 수도 있다.
두 근의 합에 대한 관계식(
4. 3. 삼차 방정식
복소수를 계수로 가지는 삼차 방정식이는 인수 정리를 통해 확인할 수 있다. 삼차식
이 식을 전개하면 다음과 같다.
원래의 삼차식
따라서 삼차 방정식의 세 근의 합, 두 근끼리의 곱의 합, 세 근의 곱은 각각 위와 같이 계수들로 표현된다.
4. 4. 사차 방정식
(사차항 계수가 0이 아닌) 복소수 계수 사차 방정식:
의 (중복도를 감안한) 복소수 근을
:
:
:
:
:
의 근을
:
이므로 전개하여 계수를 비교하면
:
\alpha + \beta + \gamma + \delta = - \cfrac{b}{a} \\[7pt]
\alpha \beta + \alpha \gamma + \alpha \delta + \beta \gamma + \beta \delta + \gamma \delta = \cfrac{c}{a} \\[7pt]
\alpha \beta \gamma + \alpha \beta \delta + \alpha \gamma \delta + \beta \gamma \delta = - \cfrac{d}{a} \\[7pt]
\alpha \beta \gamma \delta = \cfrac{e}{a}
\end{cases}
가 성립한다.
4. 5. 고차 방정식
5차 이상의 다항식에는 근의 공식이 존재하지 않지만(아벨-루피니의 정리), 근과 계수의 관계는 마찬가지로 성립한다.5. 역사
비에트 정리는 16세기 프랑스 수학자 프랑수아 비에트가 처음 발견하여 그의 이름이 붙었다. 비에트는 방정식의 근이 양수인 경우에 한정하여 이 정리를 증명했다.[3] 이후 17세기 프랑스 수학자 알베르 지라르(Albert Girard프랑스어)가 양수뿐만 아니라 모든 근에 대해 성립하는 일반적인 경우로 확장하여 증명하였다.[4] 18세기 영국 수학자 찰스 허턴은 알베르 지라르가 근과 계수의 관계에 대한 일반적인 원리를 처음으로 이해했다고 평가했다.[2]
5. 1. 프랑수아 비에트
비에트 정리는 16세기 프랑스 수학자 프랑수아 비에트가 처음 발견한 것으로 알려져 있다.[3] 그는 방정식의 근이 양수인 경우에 한정하여 이 정리를 증명했다.이후, 17세기 프랑스 수학자 알베르 지라르( Albert Girardfra )가 양수뿐만 아니라 모든 근에 대해 성립하는 일반적인 경우를 증명하였다.[4] 18세기 영국 수학자 찰스 허턴은 알베르 지라르가 근과 계수의 관계에 대한 일반적인 원리를 처음으로 이해했다고 평가했다.[2]
...[지라르는] 근의 합과 곱으로부터 거듭제곱의 계수가 형성되는 일반적인 이론을 이해한 최초의 인물이다. 그는 임의의 방정식의 근의 거듭제곱을 합하는 규칙을 발견한 최초의 인물이었다.
5. 2. 알베르 지라르
비에트 정리는 16세기 프랑스 수학자 프랑수아 비에트가 처음 발견했지만, 이는 양수인 근에 대해서만 해당되었다.[3] 이후 17세기 프랑스 수학자 알베르 지라르(Albert Girard프랑스어)가 이를 일반적인 경우, 즉 양수 근뿐만 아니라 음수 근이나 허수 근까지 포함하는 모든 근에 대해 증명했다.[4]18세기 영국 수학자 찰스 허턴은 알베르 지라르가 양의 실수 근에 국한되지 않는 비에트 정리의 일반 원리를 처음으로 이해했다고 평가했다.[2] 허턴에 따르면, 지라르는 다음과 같이 평가받았다.[2]
: ...[지라르는] 근의 합과 곱으로부터 거듭제곱의 계수가 형성되는 일반적인 이론을 이해한 최초의 인물이다. 그는 임의의 방정식의 근의 거듭제곱을 합하는 규칙을 발견한 최초의 인물이었다.
5. 3. 찰스 허턴
18세기 영국 수학자 찰스 허턴은 알베르 지라르가 양의 실수근뿐만 아니라 일반적인 경우에 대한 비에트 정리의 원리를 처음으로 이해했다고 평가했다.[2] 펑크호저가 인용한 바에 따르면, 허턴은 지라르에 대해 다음과 같이 말했다....[지라르는] 근의 합과 곱으로부터 거듭제곱의 계수가 형성되는 일반적인 이론을 이해한 최초의 인물이다. 그는 임의의 방정식의 근의 거듭제곱을 합하는 규칙을 발견한 최초의 인물이었다.
참조
[1]
웹사이트
Vieta's Formulas
https://mathworld.wo[...]
2024-06-22
[2]
서적
1930
[3]
서적
Opera mathematica
https://archive.org/[...]
Ex Officinâ Bonaventurae & Abrahami Elzeviriorum
1646
[4]
서적
Invention nouvelle en l'algèbre
https://archive.org/[...]
Imprimé chez Muré frères
1884
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