韦达定理

📘 一元二次方程·
⭐⭐⭐
·x₁+x₂、x₁·x₂

🎯 学习目标

  • 理解韦达定理的内容及其与一元二次方程根的关系
  • 能熟练运用韦达定理求两根之和与两根之积
  • 会利用韦达定理解决简单的代数问题,如求对称式或判断根的性质

📚 核心概念

韦达定理(Vieta's formulas)是关于一元二次方程根与系数之间关系的重要结论。对于标准形式的一元二次方程 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0(其中 a0a \neq 0),如果它有两个实数根(或复数根)x1x_1x2x_2,那么这两个根的和与积可以用方程的系数直接表示:

  • 根的和:x1+x2=bax_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}
  • 根的积:x1x2=cax_1 \cdot x_2 = \dfrac{c}{a}

这个定理不需要先解出方程的根,就能知道根的一些整体性质。例如,当我们知道一个方程的两个根互为相反数时,就可以立刻得出它们的和为0,从而推出 b=0b = 0

韦达定理不仅适用于实数根,也适用于复数根,并且在后续学习高次方程、因式分解、构造方程等问题中都有广泛应用。掌握韦达定理有助于我们更灵活地处理与方程根相关的问题。

📝 关键公式

  • 根的和:若 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 的两根为 x1,x2x_1, x_2,则 x1+x2=bax_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}

    • 示例:方程 2x26x+4=02x^2 - 6x + 4 = 0 中,x1+x2=62=3x_1 + x_2 = -\dfrac{-6}{2} = 3
  • 根的积x1x2=cax_1 \cdot x_2 = \dfrac{c}{a}

    • 示例:同上方程中,x1x2=42=2x_1 \cdot x_2 = \dfrac{4}{2} = 2

💡 经典例题

例题1(基础应用):已知方程 x25x+6=0x^2 - 5x + 6 = 0 的两个根为 x1x_1x2x_2,不求根,直接求 x1+x2x_1 + x_2x1x2x_1 x_2

: 该方程中,a=1a = 1b=5b = -5c=6c = 6。 根据韦达定理:

  • x1+x2=ba=51=5x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a} = -\dfrac{-5}{1} = 5
  • x1x2=ca=61=6x_1 x_2 = \dfrac{c}{a} = \dfrac{6}{1} = 6

答:和为5,积为6。


例题2(逆向应用):已知一个一元二次方程的两个根分别是3和-2,求这个方程(要求首项系数为1)。

: 设方程为 x2+bx+c=0x^2 + bx + c = 0(因为首项系数为1)。 由韦达定理:

  • 根的和:3+(2)=1=bb=13 + (-2) = 1 = -b \Rightarrow b = -1
  • 根的积:3×(2)=6=c3 \times (-2) = -6 = c

所以方程为 x2x6=0x^2 - x - 6 = 0

验证:(x3)(x+2)=x2x6(x - 3)(x + 2) = x^2 - x - 6,正确。

⚠️ 易错点

  • 符号错误:忘记根的和公式中的负号,误写成 x1+x2=bax_1 + x_2 = \dfrac{b}{a}。应牢记是 ba-\dfrac{b}{a}
  • 忽略 a0a \neq 0:韦达定理只适用于一元二次方程,即必须确认 a0a \neq 0,否则不是二次方程。
  • 未化为标准形式:使用韦达定理前,必须将方程整理成 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 的标准形式,否则系数对应错误。
  • 混淆根的和与积:记混哪个是和、哪个是积。可记忆口诀:“和反b,积正c”(指除以a后,和带负号,积不带)。
  • 误用于无实根情况:即使方程没有实数根(判别式小于0),韦达定理仍然成立(适用于复数根),但初中阶段通常默认讨论有实根的情形,需注意题目条件。

💡 例题

1

求一个实系数二次多项式,它的一个根是23i-2 - 3i,且xx的系数是4-4

  1. 因为系数是实数,另一个根必须是2+3i.-2 + 3i.
  2. 所以这个二次多项式是
(x+2+3i)(x+23i)=(x+2)2(3i)2=(x+2)2+9=x2+4x+13.(x + 2 + 3i)(x + 2 - 3i) = (x + 2)^2 - (3i)^2 = (x + 2)^2 + 9 = x^2 + 4x + 13.

的常数倍。 3. 我们希望xx的系数是4,-4,,因此只需将这个二次多项式乘以1,-1,,得到x24x13.\boxed{-x^2 - 4x - 13}.

2

aabb是方程x24x+5=0.x^2 - 4x + 5 = 0.的两个根。计算

a3+a4b2+a2b4+b3.a^3 + a^4 b^2 + a^2 b^4 + b^3.
  1. 根据韦达定理,a+b=4a + b = 4ab=5.ab = 5.
  2. 计算 a³ + b³:
a3+b3=(a+b)(a2ab+b2)=(a+b)(a2+2ab+b23ab)=(a+b)((a+b)23ab)=4(4235)=4,\begin{aligned} a^3 + b^3 &= (a + b)(a^2 - ab + b^2) \\ &= (a + b)(a^2 + 2ab + b^2 - 3ab) \\ &= (a + b)((a + b)^2 - 3ab) \\ &= 4 \cdot (4^2 - 3 \cdot 5) \\ &= 4, \end{aligned}
  1. 计算 a⁴b² + a²b⁴:
a4b2+a2b4=a2b2(a2+b2)=(ab)2((a+b)22ab)=52(4225)=150,\begin{aligned} a^4 b^2 + a^2 b^4 &= a^2 b^2 (a^2 + b^2) \\ &= (ab)^2 ((a + b)^2 - 2ab) \\ &= 5^2 (4^2 - 2 \cdot 5) \\ &= 150, \end{aligned}
  1. 所以a3+a4b2+a2b4+b3=154.a^3 + a^4 b^2 + a^2 b^4 + b^3 = \boxed{154}.

✏️ 练习

1

rrss 是方程 2x23x=112x^2 - 3x = 11 的两个解。计算 (4r34s3)(rs)1(4r^3 - 4s^3)(r - s)^{-1} 的值。

2

已知xxyy是非零实数,且满足x+1y=10x+\frac{1}{y}=10y+1x=512,y+\frac{1}{x}=\frac{5}{12},,求x.x.的所有可能取值。 (用逗号分隔,填入答案)

3

rrss 是方程 2x23x=112x^2 - 3x = 11 的两个解。计算 (4r34s3)(rs)1(4r^3 - 4s^3)(r - s)^{-1} 的值。

4

aabb为实数,且a+4ia + 4ib+5ib + 5i是方程

z2(10+9i)z+(4+46i)=0.z^2 - (10 + 9i) z + (4 + 46i) = 0.

的两个根。请写出有序对(a,b).(a,b).

5

rrss是方程x2x5+1=0.x^2 - x \sqrt{5} + 1 = 0.的两个实数根。求r8+s8.r^8 + s^8.