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判別式與根的和與積

二次故事裡有兩部分無需完整求解就能讀懂:判別式在你計算之前就告訴你有幾個實根,而韋達定理把根直接與 a、b、c 聯繫起來。

判別式:在求出根之前先數清楚

回頭看求根公式。關鍵全發生在根號底下,即表達式 b^2 - 4ac 中。這個量就是[[discriminant|判別式]],記作 D。由於負數沒有實數平方根,單憑 D 的*符號*就決定了方程式有幾個實根——根本不必完整求解。

  1. 若 D > 0:兩個不同的實根——拋物線兩次穿過 x 軸。
  2. 若 D = 0:一個重複實根,即二重根——拋物線與 x 軸相切。
  3. 若 D < 0:沒有實根——拋物線與 x 軸不相交(根是複數)。
Discriminant  D = b^2 - 4ac.

  x^2 - 5x + 6 = 0:  D = 25 - 24 = 1 > 0  → 2 real roots
  x^2 - 6x + 9 = 0:  D = 36 - 36 = 0      → 1 double root (x = 3)
  x^2 + x + 1 = 0:   D = 1 - 4  = -3 < 0  → no real roots

A perfect-square D (like 1, 4, 9, ...) is a bonus signal:
the roots are rational, so the quadratic factors nicely.
D = b^2 - 4ac 的符號決定實根的個數。

根的和與積:韋達定理

有一個漂亮的捷徑,可以在完全不求解的情況下把兩個根與係數聯繫起來。如果 r 和 s 是 a x^2 + b x + c = 0 的根,那麼它們的[[sum-and-product-of-roots|和與積]]滿足[[vietas-formulas|韋達定理]]:r + s = -b/a,且 r·s = c/a。你立刻就能看出原因——展開 a(x - r)(x - s) 並與 a x^2 + b x + c 逐項對照,正好逼出這兩個關係。

Vieta's formulas for a x^2 + b x + c = 0 with roots r, s:

    r + s = -b/a       r·s = c/a

Check on  2x^2 + 3x - 5 = 0  (roots were 1 and -5/2):

    r + s = 1 + (-5/2) = -3/2 = -b/a = -3/2   ✓
    r·s   = 1·(-5/2)   = -5/2 = c/a  = -5/2   ✓

Use it backward — build a quadratic with roots 3 and -4:
    sum = -1,  product = -12
    x^2 - (sum)x + (product) = x^2 + x - 12 = 0
和 = -b/a,積 = c/a——既能快速驗證,又能快速構造。