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¿Cómo solucionarlo?

Recientemente tomé un examen donde apareció la siguiente ecuación:

$$x^3+x^2-1=0$$

En el examen que sólo es necesario para aprox. la raíz al primer decimal. Sin embargo Wolframalpha dice que hay una "computable" de la raíz.

Traté de trabajar en sustituciones trigonométricas y las siguientes:

$$(x^3+x^2-1)(x^3-x^2+1)=x^6-x^4+2x^2-1$$ Ahora:

$$x^2\to x$$

Llegamos $$x^3-x^2+2x-1=0$$

De donde me sale nada.

Es de todos modos hay que trabajar manualmente las raíces? Y si una ecuación polinómica de tercer grado que usted sabe que tiene un "computable" de la raíz puede ser de forma manual elaborado?

Gracias de antemano.

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egreg Puntos 64348

Considere la posibilidad de $f(x)=x^3+x^2-1$; a continuación,$f'(x)=3x^2+2x$, que se desvanece en$-2/3$$0$. Por lo tanto, $f$ tiene un máximo local en a $-2/3$ y un mínimo local en a $0$. Desde $$ f(-2/3)=-\frac{8}{27}+\frac{4}{9}-1=\frac{-8+12-27}{27}=-\frac{23}{27} $$ vemos que la ecuación tiene exactamente una solución real. Desde $f(0)=-1$$f(1)=1>0$, sabemos que esta raíz está en el intervalo de $(0,1)$.

Para aproximar la raíz podemos usar el método de Newton: $$ x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)} $$ comenzando en $x_0=1$. Entonces $$ x_1=1-\frac{1}{5}=\frac{4}{5}=0.8 $$ y $$ x_1=\frac{4}{5}- \frac{\dfrac{4^3}{5^3}+\dfrac{4^2}{5^2}-1} {3\dfrac{4^2}{5^2}+2\dfrac{4}{5}}= \frac{4}{5}-\frac{1}{5}\frac{64+80-125}{48+40}= \frac{4}{5}-\frac{19}{5\cdot 88}=\frac{333}{440}\approx0.7568 $$ Dado que el método ofrece como alternativa una aproximación por exceso y otro por defecto, podemos concluir que el primer dígito decimal es $7$.

Para comprobar de nuevo, $$ f(0.7)=-0.167, \qquad f(0.8)=0.152 $$ así que el primer dígito decimal es $7$.

En realidad Cardán de las fórmulas de darle "explícitamente" la raíz. Set $y=1/x$; luego la ecuación es $y^3-y-1=0$; por Cardán de la fórmula de la única raíz real es $$ y=\sqrt[3]{\frac{1}{2}+\sqrt{\frac{1}{4}-\frac{1}{27}}} +\sqrt[3]{\frac{1}{2}-\sqrt{\frac{1}{4}-\frac{1}{27}}} \aprox 1.32471795724474602596 $$ y $$ x=\frac{1}{y}\approx0.75487766624669276005 $$ De acuerdo a bc, con este valor de $x$ tenemos $$ f(x)=-0.00000000000000000001 $$ de modo que parece una muy buena aproximación.


Su transformación puede trabajar así, pero es más complejo. Considere la posibilidad de $$ g(x)=x^3-x^2+2x-1 $$ A continuación, $g'(x)=3x^2-2x+2$ tiene discriminante negativo, por lo que la función de $g$ es cada vez mayor. Su cero es entre el$0$$1$, y se puede encontrar con un método similar. Entonces usted necesita para encontrar su raíz cuadrada positiva.

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Simple Art Puntos 745

Si empezamos con su primera línea:

$$x^3+x^2-1=0$$

y que $x=\frac23y-\frac13$ y multiplique ambos lados por $\frac{27}2$ para que acaben con

$$4y^3-3y-\frac{25}2=0$$

Recordar que $4y^3-3y=\cosh(3\operatorname{arccosh}(y))$ para que tengamos

$$\cosh(3\operatorname{arccosh}(y))=\frac{25}2$$

y la resolución de $y$,

$$y=\cosh\left(\frac13\operatorname{arccosh}\left(\frac{25}2\right)\right)$$

$$x=\frac23\cosh\left(\frac13\operatorname{arccosh}\left(\frac{25}2\right)\right)-\frac13\approx0.754877666$$

y esta es la única raíz.

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