ทฤษฎีบทของวีตเชื่อมโยงรากของสมการกำลังสองกับสัมประสิทธิ์ของมัน: สำหรับสมการแบบลดรูป \(x^2 + px + q = 0\) ผลบวกของรากเท่ากับ \(-p\) และผลคูณเท่ากับ \(q\) สิ่งนี้ช่วยให้หารากได้โดยการเดาโดยไม่ต้องใช้ดิสคริมิแนนต์ หน้านี้จะแสดงสูตรที่แม่นยำสำหรับสมการแบบลดรูปและรูปแบบทั่วไป, ทฤษฎีบทผกผันของวีต, ขั้นตอนการหารากโดยการเดา, ตัวอย่างที่อธิบายไว้ และแบบฝึกหัดเชิงโต้ตอบ
ทฤษฎีบทของวีตคืออะไร
ทฤษฎีบทของวีต คือกฎที่เชื่อมโยงรากของสมการกำลังสองกับสัมประสิทธิ์ของมัน สูตรคือ: ถ้า \(x_1\) และ \(x_2\) เป็นรากของสมการกำลังสองแบบลดรูป \(x^2 + px + q = 0\) แล้ว
กล่าวคือ ผลบวกของรากเท่ากับสัมประสิทธิ์ตัวที่สองโดยเปลี่ยนเครื่องหมาย และผลคูณของรากเท่ากับพจน์คงที่ เครื่องหมายลบในผลบวกเป็นจุดที่สำคัญที่สุดของหัวข้อนี้: ต้องเขียนเป็น \(-p\) ไม่ใช่ \(p\)
สำหรับสมการรูปแบบทั่วไป \(ax^2 + bx + c = 0\) (โดยที่ \(a \neq 0\)) สูตรจะหาได้จากการหารด้วย \(a\):
ทฤษฎีบทนี้จะใช้ได้ เฉพาะเมื่อมีรากที่เป็นจำนวนจริงเท่านั้น นั่นคือเมื่อ \(D \ge 0\) หากดิสคริมิแนนต์เป็นลบ จะไม่มีอะไรให้เดา: ไม่มีจำนวนจริงที่มีผลบวกและผลคูณดังกล่าว
สมการแบบลดรูปและรูปแบบทั่วไป: ต้องหารด้วย a เมื่อใด
สมการแบบลดรูป คือสมการกำลังสองที่สัมประสิทธิ์ของ \(x^2\) เท่ากับหนึ่ง: \(x^2 + px + q = 0\) ทฤษฎีบทของวีตจะง่ายที่สุดสำหรับสมการนี้ ดังนั้นการหารากโดยการเดาจึงมักจะเริ่มต้นด้วยการทำให้สมการเป็นแบบลดรูป
หาก \(a \neq 1\) สมการจะถูกหารด้วย \(a\) ทีละพจน์ ตัวอย่างเช่น \(3x^2 - 10x + 3 = 0\) เมื่อหารด้วย 3 จะกลายเป็น \(x^2 - \frac{10}{3}x + 1 = 0\) นั่นคือ \(p = -\frac{10}{3}\) และ \(q = 1\) ดังนั้น \(x_1 + x_2 = \frac{10}{3}\) และ \(x_1 \cdot x_2 = 1\)
แนวคิดเดียวกันนี้สามารถเขียนได้โดยตรงสำหรับรูปแบบทั่วไปโดยไม่ต้องลดรูป: \(x_1 + x_2 = -\frac{b}{a}\), \(x_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a}\) ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือการใช้สูตร "สั้น" \(-p\) และ \(q\) กับสมการที่ไม่ได้ลดรูป และได้ผลบวกเป็น 10 แทนที่จะเป็น \(\frac{10}{3}\)
ทฤษฎีบทผกผันของวีต
ทฤษฎีบทของวีตมี ทฤษฎีบทผกผัน และทฤษฎีบทนี้เองที่อนุญาตให้แก้สมการโดยการเดา สูตรคือ: ถ้าจำนวน \(m\) และ \(n\) เป็นเช่นนั้นว่า
แล้ว \(m\) และ \(n\) คือรากของสมการ \(x^2 + px + q = 0\)
ความแตกต่างเป็นสิ่งสำคัญ ทฤษฎีบทโดยตรง ไปจากรากไปยังสัมประสิทธิ์: รากเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เราได้ความสัมพันธ์ระหว่างรากเหล่านั้น ทฤษฎีบทผกผัน ไปจากสัมประสิทธิ์ไปยังราก: เราเดาคู่จำนวนที่มีผลบวกและผลคูณที่ต้องการ และเรามีสิทธิ์เต็มที่ที่จะเรียกพวกมันว่าเป็นราก โดยไม่ต้องพิสูจน์อะไรอีก
จากสิ่งนี้ยังได้กฎที่เป็นประโยชน์: ถ้า \(x_1\) และ \(x_2\) เป็นราก พหุนามจะแยกตัวประกอบได้เป็น \(x^2 + px + q = (x - x_1)(x - x_2)\) ตัวอย่างเช่น \(x^2 - 5x + 6 = (x-2)(x-3)\)
การหารากตามทฤษฎีบทของวีต: ขั้นตอน
การหารากโดยการเดาเป็นการประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทที่สำคัญที่สุด มันทำงานเร็วกว่าดิสคริมิแนนต์เมื่อรากเป็นจำนวนเต็ม และใช้เวลาห้าขั้นตอน
เครื่องหมายของรากตามสัมประสิทธิ์ p และ q
ก่อนที่จะเดา เราสามารถทราบได้ว่ารากจะมีเครื่องหมายใด โดยดูจากเครื่องหมายของ \(p\) และ \(q\) สิ่งนี้ช่วยลดการเดาได้อย่างมาก: เราจะเห็นได้ทันทีว่าควรหาคู่จำนวนบวกสองจำนวน, จำนวนลบสองจำนวน หรือจำนวนที่มีเครื่องหมายต่างกัน
| p และ q | ราก | ตัวอย่าง |
|---|---|---|
| q > 0, p < 0 | ทั้งคู่ > 0 | x2 − 5x + 6 = 0 → 2; 3 |
| q > 0, p > 0 | ทั้งคู่ < 0 | x2 + 5x + 6 = 0 → −2; −3 |
| q < 0 | เครื่องหมายต่างกัน | x2 + 2x − 15 = 0 → 3; −5 |
| q = 0 | 0 และ −p | x2 − 5x = 0 → 0; 5 |
ทฤษฎีบทของวีต หรือ ดิสคริมิแนนต์: เลือกอะไรดี
สูตรหารากผ่านดิสคริมิแนนต์ \(x = \dfrac{-b \pm \sqrt{D}}{2a}\) ใช้ได้เสมอ แต่ต้องคำนวณ ทฤษฎีบทของวีตทำงานได้ทันที แต่ใช้ได้เฉพาะเมื่อรากสามารถเดาได้ ซึ่งมักจะเป็นจำนวนเต็มขนาดเล็ก
กฎการปฏิบัติคือ:
- สมการ เป็นแบบลดรูป และ \(q\) สามารถแยกตัวประกอบเป็นคู่จำนวนน้อยๆ ได้ → ลอง เดาตามทฤษฎีบทของวีต คำตอบจะได้จากการคิดในใจ
- สัมประสิทธิ์ มีค่ามากหรือเป็นเศษส่วน รากเดาไม่ได้ภายใน 10-15 วินาที → คำนวณ ดิสคริมิแนนต์
- ต้องการเพียง จำนวนราก หรือ เครื่องหมายของราก โดยไม่ต้องการตัวรากเอง → ใช้ \(D\) และตารางเครื่องหมายข้างต้นก็เพียงพอ
การผสมผสานก็มีประโยชน์: คำนวณดิสคริมิแนนต์และหารากแล้ว ให้ตรวจสอบคำตอบตามทฤษฎีบทของวีต ผลบวกควรเท่ากับ \(-p\) และผลคูณเท่ากับ \(q\) การตรวจสอบนี้ใช้เวลาสองสามวินาทีและสามารถจับข้อผิดพลาดทางคณิตศาสตร์เกือบทั้งหมดได้
ตัวอย่างการแก้สมการตามทฤษฎีบทของวีต
ตัวอย่างที่ 1. การเดาราก: รากทั้งสองเป็นจำนวนบวก
แก้สมการ \(x^2 - 9x + 20 = 0\)
ขั้นตอนที่ 1. สมการเป็นแบบลดรูป: \(p = -9\), \(q = 20\)
ขั้นตอนที่ 2. ตรวจสอบดิสคริมิแนนต์: \(D = (-9)^2 - 4\cdot 20 = 81 - 80 = 1 > 0\) - มีสองราก
ขั้นตอนที่ 3. เขียนความสัมพันธ์: \(x_1 + x_2 = -p = 9\), \(x_1 \cdot x_2 = q = 20\)
ขั้นตอนที่ 4. พิจารณาการแยกตัวประกอบของ 20: \(1\cdot 20\) (ผลบวก 21), \(2\cdot 10\) (ผลบวก 12), \(4\cdot 5\) (ผลบวก 9) - คู่สุดท้ายเหมาะสม รากทั้งสองเป็นจำนวนบวกเพราะ \(q > 0\) และ \(p < 0\)
ขั้นตอนที่ 5. ตรวจสอบโดยการแทนค่า. \(4^2 - 9\cdot 4 + 20 = 16 - 36 + 20 = 0\); \(5^2 - 9\cdot 5 + 20 = 25 - 45 + 20 = 0\)
คำตอบ: \(x_1 = 4\), \(x_2 = 5\)
ตัวอย่างที่ 2. รากมีเครื่องหมายต่างกัน
แก้สมการ \(x^2 + 3x - 28 = 0\)
ขั้นตอนที่ 1. สมการเป็นแบบลดรูป: \(p = 3\), \(q = -28\)
ขั้นตอนที่ 2. \(q < 0\) หมายความว่ารากมีเครื่องหมายต่างกัน และดิสคริมิแนนต์เป็นบวกแน่นอน: \(D = 3^2 - 4\cdot(-28) = 9 + 112 = 121 > 0\)
ขั้นตอนที่ 3. ความสัมพันธ์: \(x_1 + x_2 = -3\), \(x_1 \cdot x_2 = -28\)
ขั้นตอนที่ 4. การแยกตัวประกอบของ 28: \(1\cdot 28\), \(2\cdot 14\), \(4\cdot 7\) ต้องการผลต่าง 3 - คู่ 4 และ 7 เหมาะสม เนื่องจากผลบวกเป็นลบ รากที่มีค่าสัมบูรณ์มากกว่าจึงเป็นจำนวนลบ: 4 และ \(-7\)
ขั้นตอนที่ 5. ตรวจสอบ. \(4^2 + 3\cdot 4 - 28 = 16 + 12 - 28 = 0\); \((-7)^2 + 3\cdot(-7) - 28 = 49 - 21 - 28 = 0\)
คำตอบ: \(x_1 = 4\), \(x_2 = -7\)
ตัวอย่างที่ 3. สมการรูปแบบทั่วไป (a ≠ 1)
แก้สมการ \(3x^2 - 10x + 3 = 0\)
ขั้นตอนที่ 1. สัมประสิทธิ์ \(a = 3\) ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้สูตร "สั้น" \(-p\) และ \(q\) ได้ ใช้รูปแบบทั่วไป: \(x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a} = \dfrac{10}{3}\), \(x_1 \cdot x_2 = \dfrac{c}{a} = \dfrac{3}{3} = 1\)
ขั้นตอนที่ 2. ผลคูณเท่ากับ 1 หมายความว่ารากเป็นส่วนกลับซึ่งกันและกัน: ถ้าหนึ่งรากเท่ากับ \(t\) อีกรากจะเท่ากับ \(\tfrac{1}{t}\) ผลบวก \(t + \tfrac{1}{t} = \tfrac{10}{3}\) ชี้ให้เห็นว่า \(t = 3\) เพราะ \(3 + \tfrac{1}{3} = \tfrac{10}{3}\)
ขั้นตอนที่ 3. ตรวจสอบโดยการแทนค่า. \(3\cdot 3^2 - 10\cdot 3 + 3 = 27 - 30 + 3 = 0\); \(3\cdot\left(\tfrac{1}{3}\right)^2 - 10\cdot\tfrac{1}{3} + 3 = \tfrac{1}{3} - \tfrac{10}{3} + 3 = 0\)
คำตอบ: \(x_1 = 3\), \(x_2 = \tfrac{1}{3}\)
ตัวอย่างที่ 4. สร้างสมการจากราก
โจทย์. สร้างสมการกำลังสองแบบลดรูปที่มีรากเท่ากับ \(-4\) และ \(6\)
ขั้นตอนที่ 1. คำนวณผลบวกและผลคูณ: \(x_1 + x_2 = -4 + 6 = 2\), \(x_1 \cdot x_2 = -4 \cdot 6 = -24\)
ขั้นตอนที่ 2. ตามทฤษฎีบทผกผันของวีต สัมประสิทธิ์จะเท่ากับ \(p = -(x_1 + x_2) = -2\) และ \(q = x_1 x_2 = -24\) นี่คือกับดักหลัก: \(p\) คือผลบวก โดยเปลี่ยนเครื่องหมาย
ขั้นตอนที่ 3. เขียนสมการ: \(x^2 - 2x - 24 = 0\)
ขั้นตอนที่ 4. ตรวจสอบโดยการแทนค่า. \((-4)^2 - 2\cdot(-4) - 24 = 16 + 8 - 24 = 0\); \(6^2 - 2\cdot 6 - 24 = 36 - 12 - 24 = 0\)
คำตอบ: \(x^2 - 2x - 24 = 0\) การแยกตัวประกอบ \((x + 4)(x - 6) = 0\) ให้ผลลัพธ์เดียวกัน
ตัวอย่างที่ 5. ตรวจสอบคำตอบของผู้อื่นตามทฤษฎีบทของวีต
โจทย์. นักเรียนแก้สมการ \(x^2 + 5x + 6 = 0\) และเขียนคำตอบ: \(x_1 = 2\), \(x_2 = 3\) ตรวจสอบว่าเขาผิดหรือไม่
ขั้นตอนที่ 1. ตามทฤษฎีบทของวีต ควรจะได้ \(x_1 + x_2 = -p = -5\) และ \(x_1 \cdot x_2 = q = 6\)
ขั้นตอนที่ 2. สำหรับคำตอบที่เสนอ ผลคูณถูกต้อง (\(2\cdot 3 = 6\)) แต่ผลบวกไม่ถูกต้อง: \(2 + 3 = 5 \neq -5\) ดังนั้นคำตอบจึงไม่ถูกต้อง: เครื่องหมายหายไป
ขั้นตอนที่ 3. หาคู่ที่ถูกต้อง: ต้องการจำนวนที่มีผลคูณ 6 และผลบวก \(-5\) คือ \(-2\) และ \(-3\) (ทั้งคู่เป็นจำนวนลบเพราะ \(q > 0\) และ \(p > 0\))
ขั้นตอนที่ 4. ตรวจสอบโดยการแทนค่า. \((-2)^2 + 5\cdot(-2) + 6 = 4 - 10 + 6 = 0\); \((-3)^2 + 5\cdot(-3) + 6 = 9 - 15 + 6 = 0\)
คำตอบ: รากที่ถูกต้องคือ \(x_1 = -2\), \(x_2 = -3\)
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการทำงานกับทฤษฎีบทของวีต
-
ลืมเครื่องหมายลบในผลบวก: เขียน $x_1 + x_2 = p$ แทนที่จะเป็น $x_1 + x_2 = -p$
เครื่องหมายลบมีเฉพาะในผลบวกเท่านั้น ผลคูณจะใช้เครื่องหมายเดิม: \(x_1 + x_2 = -p\), \(x_1 x_2 = q\) ตรวจสอบด้วยสมการง่ายๆ \(x^2 - 5x + 6 = 0\): ที่นี่ \(p = -5\), ผลบวกของรากเท่ากับ 5 และรากคือ 2 และ 3 จริงๆ
-
ใช้สูตร $-p$ และ $q$ กับสมการที่ไม่ได้ลดรูป: สำหรับ $2x^2 - 9x + 4 = 0$ บอกว่า "ผลบวก 9, ผลคูณ 4"
ตราบใดที่ \(a \neq 1\) สูตรของรูปแบบทั่วไปจะใช้ได้: \(x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a} = \dfrac{9}{2}\), \(x_1 x_2 = \dfrac{c}{a} = 2\) รากที่นี่คือ 4 และ \(\tfrac{1}{2}\) ไม่ใช่ 4 และ 1 หรือไม่ก็หารทั้งสมการด้วย \(a\) ก่อน
-
เดารากโดยไม่ตรวจสอบดิสคริมิแนนต์: สำหรับ $x^2 + x + 1 = 0$ พยายามหาคู่จำนวนที่มีผลบวก $-1$ และผลคูณ 1
ก่อนอื่น ตรวจสอบว่ามีรากหรือไม่: \(D = 1 - 4 = -3 < 0\) ไม่มีรากที่เป็นจำนวนจริง การเดาจึงเป็นไปไม่ได้ ทฤษฎีบทของวีตใช้ได้เฉพาะเมื่อ \(D \ge 0\)
-
เดาคู่เฉพาะจากผลคูณ โดยไม่ตรวจสอบผลบวก: สำหรับ $x^2 - 8x + 12 = 0$ เลือก 3 และ 4 เพราะผลคูณเท่ากับ 12
ต้องตรวจสอบทั้งสองความสัมพันธ์พร้อมกัน สำหรับ \(x^2 - 8x + 12 = 0\) ผลคูณ 12 ได้จากคู่ (1; 12), (2; 6), (3; 4) ส่วนผลบวก 8 ได้จากคู่ 2 และ 6 เท่านั้น การตรวจสอบ: \(2^2 - 8\cdot 2 + 12 = 0\) และ \(6^2 - 8\cdot 6 + 12 = 0\)
-
เมื่อสร้างสมการจากราก จะใช้ $p$ เท่ากับผลบวก: สำหรับราก 2 และ 5 เขียน $x^2 + 7x + 10 = 0$
สัมประสิทธิ์ \(p\) เท่ากับผลบวกโดยเปลี่ยนเครื่องหมาย: \(p = -(2 + 5) = -7\), \(q = 2\cdot 5 = 10\) นั่นคือ \(x^2 - 7x + 10 = 0\) การแทนค่าเป็นการยืนยัน: \(2^2 - 7\cdot 2 + 10 = 0\), \(5^2 - 7\cdot 5 + 10 = 0\)
-
คิดว่าทฤษฎีบทของวีตใช้ได้เฉพาะกับรากที่เป็นจำนวนเต็ม และไม่ใช้ในการตรวจสอบคำตอบ
ความสัมพันธ์ \(x_1 + x_2 = -p\) และ \(x_1 x_2 = q\) เป็นจริงสำหรับรากที่เป็นจำนวนจริงทุกชนิด - จำนวนเต็ม, เศษส่วน และจำนวนอตรรกยะ การเดาด้วยวิธีคิดจะสะดวกสำหรับจำนวนเต็ม ส่วนสำหรับกรณีอื่น ทฤษฎีบทนี้ยังคงเป็นวิธีที่รวดเร็วในการตรวจสอบคำตอบที่ได้จากดิสคริมิแนนต์
คำถามและคำตอบ
ทฤษฎีบทของวีตกล่าวไว้อย่างไรด้วยคำพูดง่ายๆ?
ถ้าสมการกำลังสองแบบลดรูป \(x^2 + px + q = 0\) มีราก ผลบวกของรากจะเท่ากับสัมประสิทธิ์ตัวที่สองโดยเปลี่ยนเครื่องหมาย และผลคูณจะเท่ากับพจน์คงที่: \(x_1 + x_2 = -p\) และ \(x_1 x_2 = q\)
ผลบวกและผลคูณของรากของสมการ $ax^2 + bx + c = 0$ คือเท่าใด?
สำหรับสมการรูปแบบทั่วไป ผลบวกของรากเท่ากับ \(-\dfrac{b}{a}\) และผลคูณเท่ากับ \(\dfrac{c}{a}\) สูตรเหล่านี้ได้มาจากกรณีแบบลดรูปโดยการหารทั้งสมการด้วย \(a\)
ทฤษฎีบทผกผันของวีตแตกต่างจากทฤษฎีบทโดยตรงอย่างไร?
ทฤษฎีบทโดยตรงไปจากรากไปยังสัมประสิทธิ์: เมื่อทราบราก เราจะได้ผลบวก \(-p\) และผลคูณ \(q\) ทฤษฎีบทผกผันไปในทางกลับกัน: ถ้าคู่จำนวนหนึ่งให้ผลบวกและผลคูณที่ต้องการ แสดงว่าจำนวนเหล่านั้นคือรากของสมการ ทฤษฎีบทผกผันนี้เองที่ทำให้สามารถแก้สมการโดยการเดาได้
จะเดารากตามทฤษฎีบทของวีตได้อย่างไร?
ทำให้สมการเป็นรูปแบบ \(x^2 + px + q = 0\), ตรวจสอบว่า \(D \ge 0\), เขียน \(x_1 + x_2 = -p\) และ \(x_1 x_2 = q\), พิจารณาการแยกตัวประกอบของ \(q\) เป็นคู่จำนวน และเลือกคู่ที่ผลบวกเท่ากับ \(-p\) ตัวอย่างเช่น สำหรับ \(x^2 + 6x + 8 = 0\) ต้องการจำนวนที่มีผลคูณ 8 และผลบวก \(-6\) คือ \(-2\) และ \(-4\)
ทฤษฎีบทของวีตใช้ได้หรือไม่เมื่อสัมประสิทธิ์ของ $x^2$ ไม่เท่ากับหนึ่ง?
ได้ แต่ในรูปแบบทั่วไป: \(x_1 + x_2 = -\dfrac{b}{a}\), \(x_1 x_2 = \dfrac{c}{a}\) สูตรสั้น \(-p\) และ \(q\) ใช้ได้เฉพาะกับสมการแบบลดรูป ดังนั้นเมื่อ \(a \neq 1\) สมการจะถูกหารด้วย \(a\) ก่อน
จะทำอย่างไรถ้าหารากตามทฤษฎีบทของวีตไม่ได้?
แสดงว่ารากไม่เป็นจำนวนเต็ม หรือไม่มีรากเลย คำนวณดิสคริมิแนนต์: ถ้า \(D < 0\) จะไม่มีรากที่เป็นจำนวนจริง และถ้า \(D \ge 0\) ให้หารากโดยใช้สูตร \(x = \dfrac{-b \pm \sqrt{D}}{2a}\) แล้วจึงตรวจสอบคำตอบตามทฤษฎีบทของวีต
จะระบุเครื่องหมายของรากโดยไม่ต้องแก้สมการได้อย่างไร?
ดูจากเครื่องหมายของ \(p\) และ \(q\) เมื่อ \(D \ge 0\): ถ้า \(q > 0\) และ \(p < 0\) รากทั้งสองเป็นจำนวนบวก; ถ้า \(q > 0\) และ \(p > 0\) รากทั้งสองเป็นจำนวนลบ; ถ้า \(q < 0\) รากมีเครื่องหมายต่างกัน; ถ้า \(q = 0\) รากหนึ่งจะเท่ากับศูนย์
เรียนทฤษฎีบทของวีตในชั้นปีใด?
เรียนในชั้น ม.2 ในวิชาคณิตศาสตร์ หลังจากเรียนสมการกำลังสองและดิสคริมิแนนต์ ต่อไปจะใช้ในการแยกตัวประกอบพหุนามกำลังสองเป็น \(x^2 + px + q = (x - x_1)(x - x_2)\), ในการวิเคราะห์รากที่มีพารามิเตอร์ และในข้อสอบ OGE และ ЕГЭ