小探可写 Axx + 2Bxy + Cyy + 2Dx + 2Ey + F 为二个一次式的积的必要与充分条件(A, B, C 不全为零)

可以说是非常热烈庆祝了,看得出压抑了很久 :joy:

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的确如此吧。

现在我们解这个遗留问题。

\begin{aligned} & f(x,y) = A_1 x^2 + 2B_1 xy + C_1 y^2 + 2D_1 x + 2E_1 y + F_1, \\ & g(x,y) = A_2 x^2 + 2B_2 xy + C_2 y^2 + 2D_2 x + 2E_2 y + F_2 \end{aligned}

都是系数为复数的二元二次整式。我们想解方程组

\begin{cases} f(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(A)}

因为任给数 k ,方程组

\begin{cases} f(x,y) + kg(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(B)}

与方程组 (A) 有相同的解,故我们考虑选取合适的 k 使

h(x,y) = f(x,y) + kg(x,y)

可写为二个一次式的积。 h(x,y)\Delta 也是不难写出的:

\begin{aligned} \Delta = {} & \begin{vmatrix} A_1 + kA_2 & B_1 + kB_2 & D_1 + kD_2 \\ B_1 + kB_2 & C_1 + kC_2 & E_1 + kE_2 \\ D_1 + kD_2 & E_1 + kE_2 & F_1 + kF_2 \\ \end{vmatrix} \\ = {} & c_0 + c_1 k + c_2 k^2 + c_3 k^3 \end{aligned}

其中

\begin{aligned} c_0 = {} & A_1 C_1 F_1-A_1 E_1^2+2 B_1 D_1 E_1-B_1^2 F_1-C_1 D_1^2, \\ c_1 = {} & A_2 C_1 F_1+A_1 C_2 F_1+A_1 C_1 F_2-A_2 E_1^2-2 A_1 E_1 E_2 \\ & {} +2 B_1 D_2 E_1+2 B_1 D_1 E_2+2 B_2 D_1 E_1-B_1^2 F_2 \\ & {} -2 B_2 B_1 F_1-C_2 D_1^2-2 C_1 D_1 D_2, \\ c_2 = {} & A_2 C_2 F_1+A_2 C_1 F_2+A_1 C_2 F_2-A_1 E_2^2-2 A_2 E_1 E_2 \\ & {} +2 B_2 D_2 E_1+2 B_2 D_1 E_2+2 B_1 D_2 E_2-B_2^2 F_1 \\ & {} -2 B_1 B_2 F_2-C_1 D_2^2-2 C_2 D_1 D_2, \\ c_3 = {} & A_2 C_2 F_2-A_2 E_2^2+2 B_2 D_2 E_2-B_2^2 F_2-C_2 D_2^2 \end{aligned}

由此可见, \Delta 是关于 k 的一元整式,且它的次至多为三。

\Delta = 0 即可得到 k ,进而可将 h(x,y) 写为二个一次式的积。这样,我们就可以解方程组。

预告:我将在以后的贴子里讲解如何求解一元三次方程。

You could see the source code here.
现在我们解这个遗留问题。
> 设
> $$
\begin{aligned}
    & f(x,y) = A_1 x^2 + 2B_1 xy + C_1 y^2 + 2D_1 x + 2E_1 y + F_1, \\
    & g(x,y) = A_2 x^2 + 2B_2 xy + C_2 y^2 + 2D_2 x + 2E_2 y + F_2
\end{aligned}
> $$
> 都是系数为复数的二元二次整式。我们想解方程组
> $$
\begin{cases}
    f(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(A)}
>$$

因为任给数 $k$ ,方程组
$$
\begin{cases}
    f(x,y) + kg(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(B)}
$$
与方程组 (A) 有相同的解,故我们考虑选取合适的 $k$ 使
$$
h(x,y) = f(x,y) + kg(x,y)
$$
可写为二个一次式的积。 $h(x,y)$ 的 $\Delta$ 也是不难写出的:
$$
\begin{aligned}
    \Delta
    = {} & \begin{vmatrix}
    A_1 + kA_2 & B_1 + kB_2 & D_1 + kD_2 \\
    B_1 + kB_2 & C_1 + kC_2 & E_1 + kE_2 \\
    D_1 + kD_2 & E_1 + kE_2 & F_1 + kF_2 \\
    \end{vmatrix} \\
    = {} & c_0 + c_1 k + c_2 k^2 + c_3 k^3
\end{aligned}
$$
其中
$$
\begin{aligned}
    c_0 = {} & A_1 C_1 F_1-A_1 E_1^2+2 B_1 D_1 E_1-B_1^2 F_1-C_1 D_1^2, \\
    c_1 = {} & A_2 C_1 F_1+A_1 C_2 F_1+A_1 C_1 F_2-A_2 E_1^2-2 A_1 E_1 E_2 \\
    & {} +2 B_1 D_2 E_1+2 B_1 D_1 E_2+2 B_2 D_1 E_1-B_1^2 F_2 \\
    & {} -2 B_2 B_1 F_1-C_2 D_1^2-2 C_1 D_1 D_2, \\
    c_2 = {} & A_2 C_2 F_1+A_2 C_1 F_2+A_1 C_2 F_2-A_1 E_2^2-2 A_2 E_1 E_2 \\
    & {} +2 B_2 D_2 E_1+2 B_2 D_1 E_2+2 B_1 D_2 E_2-B_2^2 F_1 \\
    & {} -2 B_1 B_2 F_2-C_1 D_2^2-2 C_2 D_1 D_2, \\
    c_3 = {} & A_2 C_2 F_2-A_2 E_2^2+2 B_2 D_2 E_2-B_2^2 F_2-C_2 D_2^2
\end{aligned}
$$
由此可见, $\Delta$ 是关于 $k$ 的一元整式,且它的次至多为三。

解 $\Delta = 0$ 即可得到 $k$ ,进而可将 $h(x,y)$ 写为二个一次式的积。这样,我们就可以解方程组。

预告:我将在以后的贴子里讲解如何求解一元三次方程。

给你在 #app 创建一个独立频道如何?

谢谢!不过,我似乎不太需要独立的频道;我感觉在灌水区就差不多了。没人真来咱小众论坛学算学吧?哈哈。

我写不动了。明日继续。

我仔细地看了看 大家的板块 的贴子。我发算学贴时,会一次性发多条回复,而不是开好几个贴子。填坑差不多后,我又会安静一段时间。毕竟,我也不像 Euler 或 Cauchy 那么多产。所以,我还不需要专门开一个独立的频道。当然,开个算学标签也不是不行——这样便于分类吧。

早睡早起身体好! GN.

标签可以的,你应该能创建吧

首先,我認為(或許有誤),這裏的計算都沒有區分虛部和實部,因此,好像談到實數就行了,沒有必要擴展至復數。

至少我沒有看到你談虛數的部份。

同時,根據我的理解,題意可能是,一個二元一次方程,對其因式分解,能得到兩組指定因式的充要條件,如果有,就求這個充要條件。

因此,這裏是在討論因式分解的問題(?)。

嗯。我已经加上去了。感谢蛙哥的工作了。

您好。这里“复数”是有必要的。比方说,您可以考虑 x^2 + y^2 。并不存在六个实数 a_0, a_1, a_2, a_3, a_4, a_5 使

x^2 + y^2 = (a_0 x + a_1 y + a_2) (a_3 x + a_4 y + a_5)

我可以解释您“为什么没看到虚数”。那是因为,在复数里,任给 w ,必有 z 使 z^2 = w 。我并不是十分明显地用到了这个命题,所以我的论证看上去“跟复数没关系”。

是二元二次多项式。

还有,也并不是“得到指定因式”。我没太懂这句话;所以,姑且让我理解为:

给定复数 a_0, a_1, a_2, a_3, a_4, a_5 ,“二元二次多项式 f(x,y)a_0 x + a_1 y + a_2a_3 x + a_4 y + a_5 的积”的必要与充分条件。

如果这样, f(x,y) 也被定下来了,不是吗?


我给因式的限制是:每个因式都是一次式。

或者说,我在本帖讨论这个问题:

给定二元二次多项式 f(x,y) ,“存在复数 a_0, a_1, a_2, a_3, a_4, a_5 使 f(x,y)a_0 x + a_1 y + a_2a_3 x + a_4 y + a_5 的积”的必要与充分条件。

是的,我主要讨论因式分解问题。

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我们以这个为例。

解方程组

\begin{cases} f(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(A)}

其中

\begin{aligned} & f(x,y) = x^2 + 3y^2 + 2x - 11, \\ & g(x,y) = 3x^2 - y^2 - 4x - 3 \end{aligned}

k 为数。作

\begin{aligned} h(x,y) = {} & f(x,y) + kg(x,y) \\ = {} & (1+3k)x^2 + (3-k)y^2 + 2(1-2k)x + (-3k-11) \end{aligned}

因为对任意 k ,方程组 (A) 与方程组

\begin{cases} h(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(B)}

同解,故我们可考虑选取适当的 k 使 h(x,y) 可写为二个一次式的积。计算 h(x,y)\Delta

\begin{aligned} \Delta = {} & \begin{vmatrix} 1+3k & 0 & 1-2k \\ 0 & 3-k & 0 \\ 1-2k & 0 & -3k-11 \\ \end{vmatrix} \\ = {} & (1+3k)(3-k)(-3k-11) - (1+3k) \cdot 0 \cdot 0 - 0 \cdot 0 \cdot (-3k-11) \\ & \qquad {} + 0 \cdot 0 \cdot (1-2k) + (1-2k) \cdot 0 \cdot 0 - (1-2k) (3-k) (1-2k) \\ = {} & (3-k)(1+3k)(-3k-11) - (3-k)(1-2k)(1-2k) \\ = {} & (k-3)(3k+1)(3k+11) + (k-3)(2k-1)(2k-1) \\ = {} & (k-3)(9k^2+36k+11) + (k-3)(4k^2-4k+1) \\ = {} & (k-3)(13k^2 + 32k + 12) \end{aligned}

由此可见,取 k=3h(x,y)\Delta 就是零。此时

h(x,y) = 10x^2 - 10x - 20 = 10(x-2)(x+1)

所以 x=2x=-1

x=2 时,

0 = g(x,y) = g(2,y) = 1-y^2 = (1+y)(1-y)

所以 y=-1y=1

x=-1 时,

0 = g(x,y) = g(-1,y) = 4-y^2 = (2+y)(2-y)

所以 y=-2y=2

综上,方程组有四组解:

\begin{aligned} & x = -1 \quad \text{and} \quad y = -2 \\ \text{or} \quad & x = -1 \quad \text{and} \quad y = 2 \\ \text{or} \quad & x = 2 \quad \text{and} \quad y = -1 \\ \text{or} \quad & x = 2 \quad \text{and} \quad y = 1 \end{aligned}
You could see the source code here.
我们以这个为例。

> 解方程组
> $$
\begin{cases}
    f(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(A)}
> $$
> 其中
> $$
\begin{aligned}
    & f(x,y) = x^2 + 3y^2 + 2x - 11, \\
    & g(x,y) = 3x^2 - y^2 - 4x - 3
\end{aligned}
> $$

设 $k$ 为数。作
$$
\begin{aligned}
    h(x,y)
    = {} & f(x,y) + kg(x,y) \\
    = {} & (1+3k)x^2 + (3-k)y^2 + 2(1-2k)x + (-3k-11)
\end{aligned}
$$
因为对任意 $k$ ,方程组 (A) 与方程组
$$
\begin{cases}
    h(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(B)}
$$
同解,故我们可考虑选取适当的 $k$ 使 $h(x,y)$ 可写为二个一次式的积。计算 $h(x,y)$ 的 $\Delta$ :
$$
\begin{aligned}
    \Delta
    = {} & \begin{vmatrix}
        1+3k & 0 & 1-2k \\
        0 & 3-k & 0 \\
        1-2k & 0 & -3k-11 \\
    \end{vmatrix} \\
    = {} & (1+3k)(3-k)(-3k-11) - (1+3k) \cdot 0 \cdot 0 - 0 \cdot 0 \cdot (-3k-11) \\
         & \qquad {} + 0 \cdot 0 \cdot (1-2k) + (1-2k) \cdot 0 \cdot 0 - (1-2k) (3-k) (1-2k) \\
    = {} & (3-k)(1+3k)(-3k-11) - (3-k)(1-2k)(1-2k) \\
    = {} & (k-3)(3k+1)(3k+11) + (k-3)(2k-1)(2k-1) \\
    = {} & (k-3)(9k^2+36k+11) + (k-3)(4k^2-4k+1) \\
    = {} & (k-3)(13k^2 + 32k + 12)
\end{aligned}
$$
由此可见,取 $k=3$ , $h(x,y)$ 的 $\Delta$ 就是零。此时
$$
h(x,y) = 10x^2 - 10x - 20 = 10(x-2)(x+1)
$$
所以 $x=2$ 或 $x=-1$ 。

当 $x=2$ 时,
$$
0 = g(x,y) = g(2,y) = 1-y^2 = (1+y)(1-y)
$$
所以 $y=-1$ 或 $y=1$ 。

当 $x=-1$ 时,
$$
0 = g(x,y) = g(-1,y) = 4-y^2 = (2+y)(2-y)
$$
所以 $y=-2$ 或 $y=2$ 。

综上,方程组有四组解:
$$
\begin{aligned}
    & x = -1 \quad \text{and} \quad y = -2 \\
    \text{or} \quad & x = -1 \quad \text{and} \quad y = 2 \\
    \text{or} \quad & x = 2 \quad \text{and} \quad y = -1 \\
    \text{or} \quad & x = 2 \quad \text{and} \quad y = 1
\end{aligned}
$$

我们不但可以用这个命题解二元二次方程组,还可解一元四次方程。

具体地,设 p(x) = Ax^4 + 2Dx^3 + Fx^2 + 2Ex + C 是一元四次整式。我们要解方程 p(x) = 0

C = 0 ,则 p(0) = C = 0 ,故 0p(x) = 0 的一个解,且

p(x) = x \cdot \underbrace{(Ax^3 + 2Dx^2 + Fx + 2E)}_{q(x)}

q(x) (至多)是一元三次整式,从而用老方法(已有的知识)解 q(x) = 0 即可。

C \neq 0 ,则 p(0) = C \neq 0 ,故 0 不是 p(x) = 0 的解。那么, p(x) = 0 相当于

{p(x) \over x^2} = 0

Ax^2 + 2Dx + F + 2E \frac{1}{x} + C \frac{1}{x^2} = 0

y = \frac{1}{x} ,则

Ax^2 + 2Dx + F + 2Ey + Cy^2 = 0

也就是

Ax^2 + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + F = 0
You could see the source code here.
我们不但可以用这个命题解二元二次方程组,还可解一元四次方程。

具体地,设 $p(x) = Ax^4 + 2Dx^3 + Fx^2 + 2Ex + C$ 是一元四次整式。我们要解方程 $p(x) = 0$ 。

若 $C = 0$ ,则 $p(0) = C = 0$ ,故 $0$ 是 $p(x) = 0$ 的一个解,且
$$
p(x) = x \cdot \underbrace{(Ax^3 + 2Dx^2 + Fx + 2E)}_{q(x)}
$$
$q(x)$ (至多)是一元三次整式,从而用老方法(已有的知识)解 $q(x) = 0$ 即可。

若 $C \neq 0$ ,则 $p(0) = C \neq 0$ ,故 $0$ 不是 $p(x) = 0$ 的解。那么, $p(x) = 0$ 相当于
$$
{p(x) \over x^2} = 0
$$
即
$$
Ax^2 + 2Dx + F + 2E \frac{1}{x} + C \frac{1}{x^2} = 0
$$
令 $y = \frac{1}{x}$ ,则
$$
Ax^2 + 2Dx + F + 2Ey + Cy^2 = 0
$$
也就是
$$
Ax^2 + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + F = 0
$$

\begin{aligned} & f(x,y) = Ax^2 + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + F, \\ & g(x,y) = 2xy - 2 \end{aligned}

考虑方程组

\begin{cases} f(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(A)}

与方程

Ax^4 + 2Dx^3 + Fx^2 + 2Ex + C = 0 \tag*{(B)}

我们考察方程组 (A) 的解与方程 (B) 的解的关系。

我们再提醒一下读者:我们已假定 C 不等于零。


(x_1, y_1) 是方程组 (A) 的解。所以 g(x_1,y_1) = 2x_1 y_1 - 2 = 0 ,即 y_1 = \frac{1}{x_1} 。所以

f(x_1,y_1) = Ax_1^2 + C \frac{1}{x_1^2} + 2Dx_1 + 2E \frac{1}{x_1} + F = 0

二侧同乘 x_1^2 ,有

x_1^2 f(x_1,y_1) = Ax_1^4 + C + 2Dx_1^3 + 2Ex_1 + Fx_1^2

\begin{aligned} & Ax_1^4 + 2Dx_1^3 + Fx_1^2 + 2Ex_1 + C \\ = {} & x_1^2 f(x_1,y_1) = x_1^2 \cdot 0 \\ = {} & 0 \end{aligned}

从而 x_1 是 (B) 的解。

x_2 是方程 (B) 的解。因为已假定 C \neq 0 ,故 x_2 一定不等于零。作 y_2 = \frac{1}{x_2} 。所以

\begin{aligned} f(x_2, y_2) = {} & Ax_2^2 + Cy_2^2 + 2Dx_2 + 2Ey_2 + F \\ = {} & Ax_2^2 + C \frac{1}{x_2^2} + 2Dx_2 + 2E \frac{1}{x_2} + F \\ = {} & Ax_2^2 + 2Dx_2 + F + 2E \frac{1}{x_2} + C \frac{1}{x_2^2} \\ = {} & {Ax_2^4 + 2Dx_2^3 + Fx_2^2 + 2Ex_2 + C \over x_2^2} \\ = {} 0 \end{aligned}

g(x_2, y_2) = 2x_2 y_2 - 2 = 2 - 2 = 0

(x_2, y_2) 是 (A) 的解。


所以,我们得到如下命题:

C \neq 0 。若方程组 (A) 有解 (x_1, y_1) ,则 x_1 必为方程 (B) 的解;反过来,若 (B) 有解 x_2 ,则 \left( x_2, \frac{1}{x_2} \right) 必为 (A) 的解。

You could see the source code here.
令
$$
\begin{aligned}
    & f(x,y) = Ax^2 + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + F, \\
    & g(x,y) = 2xy - 2
\end{aligned}
$$
考虑方程组
$$
\begin{cases}
    f(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(A)}
$$
与方程
$$
Ax^4 + 2Dx^3 + Fx^2 + 2Ex + C = 0 \tag*{(B)}
$$
我们考察方程组 (A) 的解与方程 (B) 的解的关系。

我们再提醒一下读者:我们已假定 $C$ 不等于零。

---

设 $(x_1, y_1)$ 是方程组 (A) 的解。所以 $g(x_1,y_1) = 2x_1 y_1 - 2 = 0$ ,即 $y_1 = \frac{1}{x_1}$ 。所以
$$
f(x_1,y_1) = Ax_1^2 + C \frac{1}{x_1^2} + 2Dx_1 + 2E \frac{1}{x_1} + F = 0
$$
二侧同乘 $x_1^2$ ,有
$$
x_1^2 f(x_1,y_1) = Ax_1^4 + C + 2Dx_1^3 + 2Ex_1 + Fx_1^2
$$
故
$$
\begin{aligned}
         & Ax_1^4 + 2Dx_1^3 + Fx_1^2 + 2Ex_1 + C \\
    = {} & x_1^2 f(x_1,y_1) = x_1^2 \cdot 0 \\
    = {} & 0
\end{aligned}
$$
从而 $x_1$ 是 (B) 的解。

设 $x_2$ 是方程 (B) 的解。因为已假定 $C \neq 0$ ,故 $x_2$ 一定不等于零。作 $y_2 = \frac{1}{x_2}$ 。所以
$$
\begin{aligned}
    f(x_2, y_2)
    = {} & Ax_2^2 + Cy_2^2 + 2Dx_2 + 2Ey_2 + F \\
    = {} & Ax_2^2 + C \frac{1}{x_2^2} + 2Dx_2 + 2E \frac{1}{x_2} + F \\
    = {} & Ax_2^2 + 2Dx_2 + F + 2E \frac{1}{x_2} + C \frac{1}{x_2^2} \\
    = {} & {Ax_2^4 + 2Dx_2^3 + Fx_2^2 + 2Ex_2 + C \over x_2^2} \\
    = {} 0
\end{aligned}
$$
且
$$
g(x_2, y_2) = 2x_2 y_2 - 2 = 2 - 2 = 0
$$
故 $(x_2, y_2)$ 是 (A) 的解。

---

所以,我们得到如下命题:
> 设 $C \neq 0$ 。若方程组 (A) 有解 $(x_1, y_1)$ ,则 $x_1$ 必为方程 (B) 的解;反过来,若 (B) 有解 $x_2$ ,则 $\left( x_2, \frac{1}{x_2} \right)$ 必为 (A) 的解。

C \neq 0 。令

\begin{aligned} & f(x,y) = Ax^2 + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + F, \\ & g(x,y) = 2xy - 2 \end{aligned}

考虑方程组

\begin{cases} f(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(A)}

与方程

Ax^4 + 2Dx^3 + Fx^2 + 2Ex + C = 0 \tag*{(B)}

我们知道,解方程 (B) 相当于解方程组 (A)。我们也已经会求解二元二次方程组了。

具体地,任给数 k ,方程组

\begin{cases} f(x,y) + kg(x,y) = 0, \\ g(x,y) = 0 \end{cases} \tag*{(C)}

必有相同的解。令

h(x,y) = f(x,y) + kg(x,y) = Ax^2 + 2kxy + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + (F - 2k)

我们可选取适当的 k 使 h(x,y) 可写为二个一次式的积。我们看 h(x,y)\Delta

\begin{aligned} \Delta = {} & \begin{vmatrix} A & k & D \\ k & C & E \\ D & E & F-2k \\ \end{vmatrix} \\ = {} & 2k^3 - Fk^2 - 2(AC-DE)k + (ACF - AE^2 - CD^2) \end{aligned}

由此可见, \Delta 是关于 k 的一元三次整式。

\Delta = 0 即可得到 k ,进而可将 h(x,y) 写为二个一次式的积。这样,我们就可以解方程组 (C),从而解方程组 (A),进而解方程 (B)。

You could see the source code here.
设 $C \neq 0$ 。令
$$
\begin{aligned}
    & f(x,y) = Ax^2 + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + F, \\
    & g(x,y) = 2xy - 2
\end{aligned}
$$
考虑方程组
$$
\begin{cases}
    f(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(A)}
$$
与方程
$$
Ax^4 + 2Dx^3 + Fx^2 + 2Ex + C = 0 \tag*{(B)}
$$
我们知道,解方程 (B) 相当于解方程组 (A)。我们也已经会求解二元二次方程组了。

具体地,任给数 $k$ ,方程组
$$
\begin{cases}
    f(x,y) + kg(x,y) = 0, \\
    g(x,y) = 0
\end{cases} \tag*{(C)}
$$
必有相同的解。令
$$
h(x,y) = f(x,y) + kg(x,y) = Ax^2 + 2kxy + Cy^2 + 2Dx + 2Ey + (F - 2k)
$$
我们可选取适当的 $k$ 使 $h(x,y)$ 可写为二个一次式的积。我们看 $h(x,y)$ 的 $\Delta$ :
$$
\begin{aligned}
    \Delta
    = {} & \begin{vmatrix}
        A & k & D \\
        k & C & E \\
        D & E & F-2k \\
    \end{vmatrix} \\
    = {} & 2k^3 - Fk^2 - 2(AC-DE)k + (ACF - AE^2 - CD^2)
\end{aligned}
$$
由此可见, $\Delta$ 是关于 $k$ 的一元三次整式。

解 $\Delta = 0$ 即可得到 $k$ ,进而可将 $h(x,y)$ 写为二个一次式的积。这样,我们就可以解方程组 (C),从而解方程组 (A),进而解方程 (B)。

我们举一个例。

解方程

x^4 - 6x^3 + 11x^2 - 6x - 24 = 0 \tag*{(A)}

首先,注意到 0 一定不是方程 (A) 的解。所以,我们可以写出方程组

\begin{cases} x^2 - 6x + 11 - 6y - 24y^2 = 0, \\ 2xy - 2 = 0 \end{cases} \tag*{(B)}

我们知道,若 x_1 是 (A) 的解,则 \left(x_1, \frac{1}{x_1}\right) 是 (B) 的解;反过来,若 (x_2, y_2) 是 (B) 的解,则 x_2 是 (A) 的解。我们已经有成熟的技术解 (B)。具体地,设 k 为数。不难写出与 (B) 同解的方程组

\begin{cases} h(x,y) = 0, \\ 2xy - 2 = 0 \end{cases} \tag*{(C)}

其中

h(x,y) = x^2 - 6x + 11 - 6y - 24y^2 + k \cdot (2xy - 2)

不难算出 h(x,y)\Delta

\begin{aligned} \Delta = {} & \begin{vmatrix} 1 & k & -3 \\ k & -24 & -3 \\ -3 & -3 & 11-2k \\ \end{vmatrix} \\ = {} & 1 \cdot (-24) \cdot (11-2k) - 1 \cdot (-3) \cdot (-3) - k \cdot k \cdot (11-2k) \\ & \qquad {} + k \cdot (-3) \cdot (-3) + (-3) \cdot k \cdot (-3) - (-3) \cdot (-24) \cdot (-3) \\ = {} & 24(2k-11) - 9 + k^2 (2k-11) + 9k + 9k + 216 \\ = {} & 24(2k-2-9) - 9 + k^2 (2k-2-9) + 18k + 216 \\ = {} & 24(2k-2) - 216 - 9 + k^2(2k-2) - 9k^2 + 18k + 216 \\ = {} & 48(k-1) - 9 + 2k^2(k-1) - 9k^2 + 18k \\ = {} & 48(k-1) + 2k^2 (k-1) - 9(k-1)(k-1) \\ = {} & (k-1) (48 - 9(k-1) + 2k^2) \\ = {} & (k-1) (2k^2 - 9k + 57) \end{aligned}

由此可见,取 k=1h(x,y)\Delta 就是零。此时

\begin{aligned} h(x,y) = {} & x^2 - 6x + 11 - 6y - 24y^2 + 2xy - 2 \\ = {} & x^2 + 2x(y-3) - 24y^2 - 6y + 9 \\ = {} & x^2 + 2x(y-3) + (y-3)^2 - (y-3)^2 - 24y^2 - 6y + 9 \\ = {} & (x + y - 3)^2 - 25y^2 \\ = {} & (x + y - 3 - 5y) (x + y - 3 + 5y) \\ = {} & (x - 4y - 3) (x + 6y - 3) \end{aligned}

所以

x - 4y - 3 = 0 \qquad \text{or} \qquad x + 6y - 3 = 0

从而

x^2 - 4xy - 3x = 0 \qquad \text{or} \qquad x^2 + 6xy - 3x = 0

因为 2xy - 2 = 0 ,故 xy = 1 。从而

x^2 - 3x - 4 = 0 \qquad \text{or} \qquad x^2 - 3x + 6 = 0

这里提醒一下读者:我们的目的是求解(原方程的) xy 仅仅是辅助量。所以,我们借助 xy = 1 消去了 y ,进而直接求解 x 。在这里,我们不必同时解出 xy

一元二次方程是很好求解的;这里,我就省略求解这二个方程的详细步骤了。不难算出

x = -1 \quad \text{or} \quad x = 4 \quad \text{or} \quad x = \frac{3 + \mathrm{i}\sqrt{15}}{2} \quad \text{or} \quad x = \frac{3 - \mathrm{i}\sqrt{15}}{2}
You could see the source code here.
我们举一个例。

> 解方程
> $$
x^4 - 6x^3 + 11x^2 - 6x - 24 = 0 \tag*{(A)}
> $$

首先,注意到 $0$ 一定不是方程 (A) 的解。所以,我们可以写出方程组
$$
\begin{cases}
    x^2 - 6x + 11 - 6y - 24y^2 = 0, \\
    2xy - 2 = 0
\end{cases} \tag*{(B)}
$$
我们知道,若 $x_1$ 是 (A) 的解,则 $\left(x_1, \frac{1}{x_1}\right)$ 是 (B) 的解;反过来,若 $(x_2, y_2)$ 是 (B) 的解,则 $x_2$ 是 (A) 的解。我们已经有成熟的技术解 (B)。具体地,设 $k$ 为数。不难写出与 (B) 同解的方程组
$$
\begin{cases}
    h(x,y) = 0, \\
    2xy - 2 = 0
\end{cases} \tag*{(C)}
$$
其中
$$
h(x,y) = x^2 - 6x + 11 - 6y - 24y^2 + k \cdot (2xy - 2)
$$
不难算出 $h(x,y)$ 的 $\Delta$ :
$$
\begin{aligned}
    \Delta
    = {} & \begin{vmatrix}
        1 & k & -3 \\
        k & -24 & -3 \\
        -3 & -3 & 11-2k \\
    \end{vmatrix} \\
    = {} & 1 \cdot (-24) \cdot (11-2k) - 1 \cdot (-3) \cdot (-3) - k \cdot k \cdot (11-2k) \\
         & \qquad {} + k \cdot (-3) \cdot (-3) + (-3) \cdot k \cdot (-3) - (-3) \cdot (-24) \cdot (-3) \\
    = {} & 24(2k-11) - 9 + k^2 (2k-11) + 9k + 9k + 216 \\
    = {} & 24(2k-2-9) - 9 + k^2 (2k-2-9) + 18k + 216 \\
    = {} & 24(2k-2) - 216 - 9 + k^2(2k-2) - 9k^2 + 18k + 216 \\
    = {} & 48(k-1) - 9 + 2k^2(k-1) - 9k^2 + 18k \\
    = {} & 48(k-1) + 2k^2 (k-1) - 9(k-1)(k-1) \\
    = {} & (k-1) (48 - 9(k-1) + 2k^2) \\
    = {} & (k-1) (2k^2 - 9k + 57)
\end{aligned}
$$
由此可见,取 $k=1$ , $h(x,y)$ 的 $\Delta$ 就是零。此时
$$
\begin{aligned}
    h(x,y)
    = {} & x^2 - 6x + 11 - 6y - 24y^2 + 2xy - 2 \\
    = {} & x^2 + 2x(y-3) - 24y^2 - 6y + 9 \\
    = {} & x^2 + 2x(y-3) + (y-3)^2 - (y-3)^2 - 24y^2 - 6y + 9 \\
    = {} & (x + y - 3)^2 - 25y^2 \\
    = {} & (x + y - 3 - 5y) (x + y - 3 + 5y) \\
    = {} & (x - 4y - 3) (x + 6y - 3)
\end{aligned}
$$
所以
$$
x - 4y - 3 = 0 \qquad \text{or} \qquad x + 6y - 3 = 0
$$
从而
$$
x^2 - 4xy - 3x = 0 \qquad \text{or} \qquad x^2 + 6xy - 3x = 0
$$
因为 $2xy - 2 = 0$ ,故 $xy = 1$ 。从而
$$
x^2 - 3x - 4 = 0 \qquad \text{or} \qquad x^2 - 3x + 6 = 0
$$
这里提醒一下读者:我们的目的是求解(原方程的) $x$ , $y$ 仅仅是辅助量。所以,我们借助 $xy = 1$ 消去了 $y$ ,进而直接求解 $x$ 。在这里,我们不必同时解出 $x$ 与 $y$ 。

一元二次方程是很好求解的;这里,我就省略求解这二个方程的详细步骤了。不难算出
$$
x = -1 \quad \text{or} \quad x = 4 \quad \text{or} \quad x = \frac{3 + \mathrm{i}\sqrt{15}}{2} \quad \text{or} \quad x = \frac{3 - \mathrm{i}\sqrt{15}}{2}
$$

以上就是我想在本贴分享的内容了。感谢您的阅读。


不出意外,没有多少人读本贴子与这个。甚至,几日前,我还没法在本论坛方便地输出公式。感谢 ncepuzs 的提醒与蛙哥的工作。

再见。

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