方程

代数基础

fāng chéng

方程是说明两个表达式相等的数学陈述,用等号表示。

Visualization

Definition

方程是一个说明两个表达式相等的数学陈述,中间总是用等号($=$)连接;它可以含有一个或多个变量,并且只有在变量取到某些被称为"解"的特定值时才成立。不同的方程表现各不相同:有的无解(矛盾式,如 $0 = 5$),有的有无穷多解(恒等式,如 $2x = 2x$),而大多数恰好只有一个解(条件方程)。严格地说,方程是形如 $P = Q$ 的公式,其中 $P$、$Q$ 是某个论域上的表达式;在环 $R$ 上解方程就是要找出 $R$ 中满足该关系的元素,而根据代数基本定理,代数闭域上次数为 $n$ 的多项式方程恰好有 $n$ 个根(计重数)。

Example

$3x + 5 = 14$ 是一个方程,说明 $3x + 5$ 与 $14$ 的值相同;求解得到 $x = 3$。对于 $2x - 7 = 9$:两边同时加 $7$ 得到 $2x = 16$,再除以 $2$ 得到 $x = 8$,验证可得 $2(8) - 7 = 9$。方程 $x^2 - 5x + 6 = 0$ 可因式分解为 $(x-2)(x-3) = 0$,在 $\mathbb{R}$ 上得到根 $x = 2$ 和 $x = 3$;在 $\mathbb{C}$ 上,每个 $n$ 次多项式方程恰好有 $n$ 个根。

Key Insight

可以把方程看作一架天平:左边的一切必须等于右边的一切,求解时你的任务就是在保持天平平衡的同时找出未知数。代数基本定理保证了 $\mathbb{C}$ 作为求根域的完备性,这也是历史上引入复数的原因:确保多项式方程总有解。