Kuadratik formül

Temel cebirde, kuadratik formül, bir ikinci dereceden denklemin köklerini (çözümlerini) bulan bir formüldür. İkinci dereceden bir denklemi çözmek için ikinci dereceden formülü kullanmak yerine çarpanlara ayırma (doğrudan çarpanlara ayırma, gruplama, AC yöntemi), tam kareye tamamlama, grafik çizme ve diğerleri gibi başka yollar da vardır.

Bu iki çözümün her birine ikinci dereceden denklemin kökü (veya sıfırı) denir. Geometrik olarak, bu kökler olarak verilen parabolün, ekseni üzerinden geçerinden geçtiği noktalar ve değerlerdirler.

Kuadratik formül, herhangi bir parabolün köklerini veren bir formül olmasının yanı sıra, parabolün simetri eksenini ve ikinci dereceden denklemin içerdiği gerçek köklerin sayısını, köklerin toplamlarını ve çarpımlarını, belirlemek için de kullanılabilir.

Formülün bu versiyonu, karmaşık kökler söz konusu olduğunda kullanışlıdır. Bu durumda, karekök dışındaki ifade gerçek(reel) kısım olacaktır ve karekökün içindeki ifade ise sanal (imajiner) kısım olacaktır. Karekök içindeki ifade diskriminanttır.

Literatürde ikinci dereceden formülü türetmek için birçok farklı yöntem mevcuttur. Standart türetim, tam kareye tamamlama yönteminin basit bir uygulamasıdır. Alternatif yöntemler bazen tam kareye tamamlamaktan daha basittir ve matematiğin diğer alanları üzerinde ilginç bir kavrayış sağlayabilir.

İkinci dereceden formülün bu türetimi antiktir ve Hindistan'da en geç 1025 yılından beri bilinmektedir. Standart yöntemin türetimiyle karşılaştırıldığında, bu alternatif türetim, son aşamaya kadar kesirleri ve karesi alınan kesirleri önler ve bu nedenle, sağ tarafta ortak bir payda elde etmek için üçüncü aşamadan sonra yeniden düzenleme gerektirmez.

Standart yönteme benzer olarak, eşitliğin sol tarafını bir monik polinom yapmak için (mesela, ’nin katsayısı olur) ikinci dereceden denklemin iki tarafını da ile bölün.

Elde edilen bu iki lineer denklem, tek başına bırakılarak, için şu şekilde çözülebilir: veya ve ’yi, sırasıyla ve olarak, yeniden ifade ederek ikinci dereceden formül elde edilebilir. Bu değerler, aynı sırada, köklerin toplamının negatifi ve diğerinin de köklerin çarpımına eşit olmasıyla kolaylı sağlayabilir.

İkinci dereceden formülü elde etmenin başka bir yolu, Galois teorisinin erken bir parçası olan Lagrange çözücüleri yöntemidir. Bu yöntem, kübik polinomların ve kuartik polinomların köklerini vermek için de genelleştirilebilir ve herhangi bir derecedeki cebirsel denklemlerin çözümünü, köklerinin simetri grubu olan Galois grubu açısından anlaşılmasını sağlayan Galois teorisine götürür.

Çarpmanın değişme özelliğinden dolayı, ve değerleri değişmezken ve 'nın yerleri değiştirebilir ve: ve 'nun ve içinde simetrik polinomlar olduğu söylenebilir. Aslında, bunlar temel simetrik polinomdurlar - herhangi bir simetrik polinom içinde ve , ve cinsinden ifade edilir. Galois teorisinin polinomları çöze ve analiz etme yaklaşımı şudur: kat sayıları verilen bir polinomun, ki bunlar köklerin içinde simetrik fonksiyonlardır, bir şekilde "simetriyi kırıp" kökler bulunabilir mi? Bu nedenle, dereceli bir polinomun çözülmesi, n harfin üzerindeki simetrik grubu olarak adlandırılan ve ile gösterilen tane terimin yeniden düzenleme ("permütasyon") yollarıyla ilgilidir. Kuadratik polinom için, iki terimi yeniden düzenlemenin tek yolu onların yerini değiştirmektir (onları "transpoze etmektir") ve böylece ikinci dereceden bir polinomu çözmek basittir.

olacaktır, bu ikinci dereceden formüldür. eşitlikleri kullanılarak monic monik olmayan kuadratiklerin genel olarak bilinen hali tekrar elde edilebilir. Çözücüler şu şekilde tanınabilir: tepe noktasıdır ve ayırt edici, yani diskriminanttır (monik bir polinomun).

Benzer ancak daha karmaşık bir yöntem kübik denklemler için de vardır, üç çözücü ve ve ile ilgili ikinci dereceden bir denklemle (buna "çözüm polinomu" denir) çözülebilir ve benzer şekilde bir kuartik denklem (4.dereceden denklem) için, çözüm polinomu kübiktir ve bu da çözülebilir. Beşinci dereceden denklem için aynı yöntem, problemi basitleştirmeyen 24 dereceli bir polinom verir ki aslında da beşinci dereceden denklemlerin çözümleri genel olarak yalnızca kökler kullanılarak ifade edilemez.

İkinci dereceden denklemleri çözmek için üretilen en eski yöntemler geometriktir. Babil çivi yazısı tabletleri, ikinci dereceden denklemleri çözmeye indirgenebilen problemler içerir. Orta Krallık'a (MÖ 2050 - MÖ 1650) dayanan Mısır Papirüsü, iki terimli ikinci dereceden bir denklemin çözümünü içerir.

Yunan matematikçi Öklid ( MÖ 300), etkili bir matematiksel inceleme olan Elementler Kitabının ikincisinde ikinci dereceden denklemleri çözmek için geometrik yöntemler kullanmıştır. İkinci dereceden denklemler için kurallar MÖ 200 dolaylarında Çinde "Matematik Sanatı Üzerine Dokuz Bölüm"de görünür. Yunan matematikçi Diophantus (MS 250 civarı) Arithmetica adlı çalışmasında, ikinci dereceden denklemleri Öklid'in geometrik cebirinden daha tanınabilir cebirsel bir yöntemle çözdü. Çözümü, her iki kök de pozitif olsa bile yalnızca bir kök verir.

9. yüzyılda İranlı matematikçi Muḥammad ibn Mūsā al-Khwārizmī, ikinci dereceden denklemleri cebirsel olarak çözdü. Tüm vakaları kapsayan ikinci dereceden formül ilk olarak 1594'te Simon Stevin tarafından bulundu. 1637'de René Descartes, bugün bildiğimiz formdaki ikinci dereceden formülün özel durumlarını içeren La Géométrie’yi yayınladı.

böylelikle simetri ekseni, doğrusu olarak görünür. Diğer terim, , köklerin simetri ekseninden uzaklığını verir, burada artı işareti sağdaki mesafeyi ve eksi işareti soldaki mesafeyi temsil eder.

Bu mesafe terimi sıfıra düşürülürse simetri ekseni kökün değeri olacaktır, yani ikinci dereceden denklemin tek bir olası çözümü olacaktır. Cebirsel olarak bu, veya basitçe (burada sol taraf diskriminant olarak adlandırılır). Bu, parabolün diskriminantının, parabolün kaç sıfıra sahip olacağını gösterdiği üç durumdan biridir. Diskriminant pozitifse, mesafe sıfır olmayacak ve iki çözüm olacaktır. Bununla birlikte, diskriminantın sıfırdan küçük olduğu bir durum da vardır ve bu, mesafenin imajiner olacağını gösterir.veya karmaşık birim 'nin bir katı olarak, burada ve parabolün sıfırları karmaşık sayı olacaklardır. Karmaşık kökler, karmaşık olarak eşlenik olacaktır ve burada karmaşık köklerin gerçek kısmı simetri ekseninin değeri olacaktır. Parabolün ekseniyle kesiştiği yerde gerçek değerleri olmayacaktır.

, ve/veya sabitleri birimsiz değilse, o zaman 'in biriminin 'nın birimine eşit olması gerekir, bu gerekliliğin sebebi ve birimleri üzerinde uyumlu olmasıdır. Ayrıca, aynı mantıkla, 'nin birimi şu birime eşit olmalıdır: için çözmeden doğrulanabilir. Bu, fiziksel büyüklüklerin ikinci dereceden ifadesini çözmeden önce, doğru bir şekilde kurulduğunu doğrulamak için güçlü bir araç olabilir.