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Condiciones para una única raíz de un quinto grado del polinomio

Quinto grado de los polinomios en general no pueden ser resueltos analíticamente, pero al menos una solución siempre existe. Dada la forma normal $$ax^5+bx^4+cx^3+dx^2+ex+f=0,$$ es posible encontrar condiciones suficientes en $a,b,c,d,e,f$, lo que garantiza una solución única?

Una condición suficiente es, obviamente,$a,b,c,d,e>0$, de modo que el lado izquierdo de la ecuación anterior es estrictamente creciente en a $x$. En mi caso, los coeficientes son funciones de varios valores de los parámetros, por lo que el$a,c,e>0$$b,d<0$, mientras que $f\lessgtr0$ es ambiguo (depende de los valores de parámetro).

Mi quinto grado del polinomio no siempre es estrictamente creciente debido a $b,d<0$, pero aún así la solución es a menudo único, como el siguiente ejemplo numérico muestra: 5th degree polynomial with unique solution

Yo podría "probar" para este ejemplo que la solución es única, tomando la derivada (un cuarto de grado del polinomio), la búsqueda de los máximos y mínimos locales, y verificar que la función de las cruces 0 sólo una vez entre los extremos o entre los extremos y $-\infty,\infty$. Pero tenía la esperanza de que había una forma más sencilla y de manera más general.

Por otra parte, mi quinto grado del polinomio es estrictamente creciente para algunos valores de los parámetros a pesar de $b,d<0$. Existe una mejor manera de averiguar si este es el caso de la computación de la derivada y la determinación de si $$5ax^4+4bx^3+3cx^2+2dx+e>0~\forall x\in\mathbb{R}?$$

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Ninefingers Puntos 18767

Usted podría utilizar del teorema de Sturm para contar el número de raíces en el interior de cualquier subinterval de la línea real. En particular, si usted elige el intervalo de $(-\infty,\infty)$ (y la evaluación de los signos de los polinomios que ocurren en la Sturmian de la cadena se reduce a simplemente tomar el signo del coeficiente inicial), se le indicará el número total de raíces reales.

Tenga en cuenta que este procedimiento se cree ampliamente que es numéricamente inestable, por lo que debe usar la aritmética de precisión arbitraria en una aplicación. Por otro lado, se ahorra el uso de la solución de fórmulas de cuarto grado de los polinomios. Aquellos que no están normalmente diseñados para la evaluación numérica así, y overkill en el sentido de que el rendimiento de las raíces de la derivada, que en realidad no están interesados en. Tenga en cuenta que la inestabilidad inherente al problema: si usted tiene múltiples raíces, arbitrariamente pequeña perturbación de la entrada podría transformar un $k$veces la raíz a las $k$ simple raíces. Por lo tanto, corto de cálculo exacto (o al menos aproximado de la aritmética en aproximadamente la misma precisión como la precisión de los resultados intermedios en aritmética exacta), no hay nada que usted puede hacer.

Además, en algunos de los "afortunados" de los casos de Descartes de la Regla de los signos puede ayudar (si hay más de un simple positivos y negativos de la raíz, respectivamente, y las raíces complejas son suficientemente lejos para asegurarse de que el número de cambios de signo coincide con el número de raíces reales).

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