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判别式与根的和与积

二次故事里有两部分无需完整求解就能读懂:判别式在你计算之前就告诉你有几个实根,而韦达定理把根直接与 a、b、c 联系起来。

判别式:在求出根之前先数清楚

回头看求根公式。关键全发生在根号底下,即表达式 b^2 - 4ac 中。这个量就是[[discriminant|判别式]],记作 D。由于负数没有实数平方根,单凭 D 的*符号*就决定了方程有几个实根——根本不必完整求解。

  1. 若 D > 0:两个不同的实根——抛物线两次穿过 x 轴。
  2. 若 D = 0:一个重复实根,即二重根——抛物线与 x 轴相切。
  3. 若 D < 0:没有实根——抛物线与 x 轴不相交(根是复数)。
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 的符号决定实根的个数。

根的和与积:韦达定理

有一个漂亮的捷径,可以在完全不求解的情况下把两个根与系数联系起来。如果 r 和 s 是 a x^2 + b x + c = 0 的根,那么它们的[[sum-and-product-of-roots|和与积]]满足[[vietas-formulas|韦达定理]]:r + s = -b/a,且 r·s = c/a。你立刻就能看出原因——展开 a(x - r)(x - s) 并与 a x^2 + b x + c 逐项对照,正好逼出这两个关系。

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,积 = c/a——既能快速验证,又能快速构造。