網友林聖興留言:
周教授您好,在國中時期,解一元二次方程式例如 化簡為
。方程式有重根
與
,如果僅寫一個
,沒寫兩個
,會被老師說答錯。在高中時期,遇到三次方程
化簡可得
,知方程式有三重根
與
與
。高中生大概也會感覺無聊,可能心中有個疑惑,僅寫一個
,難道不行嗎?遇到這種看似「哲學」的疑問,也不敢向老師問為什麼,想要拿分數,只好照規定作答,有能力答對,似乎沒有圓滿的解釋。
我高中畢業到現在將近三十年,這五年陸續看了一些周教授您的線代啟示錄,偶爾也回憶高中時期的想法,有一天,像是頓悟了!三階方陣的 eigenvalue,在解 eigen equation 的過程,若有重根,三個數字皆相同,不可僅寫一個,必需要有三個數字,而那三個數字是恰好相同的。這好像可以作為我們需要「重根」的理由,而高中國中學生還沒到開悟的年紀。進入大學有能力開悟,也未必有人點醒。不知有多少人,能夠回顧自身學習歷程,把曾經在心中的疑惑,好好解答。
台灣現在的教育環境,似乎考試拿分數最重要,很少人思考這些細微枝節。以上個人想法,老師您有沒有興趣寫一篇文章?(我好像還沒看到您部落格有這樣的文章探討) 我的文字僅供參考,可以自由刪減、變化,如果對大家有益,應該值得寫,不必列出我的姓名,只要稱呼我「網友」即可。
答曰:
代數基本定理 (fundamental theorem of algebra) 說:任何一個領先係數非零的一元 次複係數多項式,恰有
個複數根。求一元二次方程
的解也就是求對應的二次多項式
的兩個根。問題的陳述方式往往引領我們的思路。考慮下面兩種問法:(1)「求
的解」;(2)「求
的解集合」。絕大多數的中學數學教材採用第一種問法,第二種問法清楚講明要找出解所組成的集合,但為甚麼課本都不這麼寫呢?
在一個集合中,相同的元素只能出現一次,原因是集合的作用僅在表達有或無的屬性。多重集 (multiset) 是集合的一種推廣。在多重集中,同一個元素可以出現多次。譬如, 是一個集合,但
不是一個集合,而是多重集。一個元素在多重集裡出現的次數稱為該元素的重數 (或相重數,multiplicity)。在多重集
,元素
的重數是
,元素
的重數是
,元素
的重數是
。舉例來說,考慮質因數分解
。我們知道
有六個質因數 (多重集),其中僅有三個相異的質因數 (集合),質因數
的重數為
,質因數
的重數為
,質因數
的重數為
。
許多中學生可能將「求 的解」解讀成「求
的解集合」,自然也就認為答案是
。雖然數學課本未必明說,但老師──在經過他們的老師多年教化後──早已默認「求
的解」其實是「求
的多重解集」的簡述,故而要求正確的答案應為
。當年如果你鼓足勇氣向老師提出這個看似「哲學」的疑問,說不定立即便可獲得圓滿的解釋,誰知道呢?
感謝老師答覆!
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如果有人講:「請問您父母親幾歲?」
一般人可能雙親歲數不同。
若是剛好相同,可以一同回答:父母都是n歲。
或者講「爸爸n歲,媽媽也是n歲」。
如果沒仔細講,問的人會認為只聽到一個答案,想繼續追問另一個答案。
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上面是一種簡單比喻法,沒什麼高深理論,或許能夠讓國中生欣然接受「重根」吧!
假設國中生問為何要寫「重根」,把「多重集」(multiset) 搬出來解釋,不知幾%學生能聽懂?
能聽懂,當然很好,而國中老師會認為需要如此作說明嗎?我不知道。
剛才我問老婆:家裡有什麼水果?
她說:木瓜、香蕉、小番茄和蓮霧。
我問:有多少?說清楚。 (沒聽過多重集嗎?)
她不耐煩地回:一個木瓜,一串香蕉,一盒小番茄,蓮霧……你自己不會去算哪。
老婆看電視影集Ray Donovan時,最好別惹她。
這也真有趣!
https://ccjou.wordpress.com/2009/11/18/%E5%BE%9E%E7%B7%9A%E6%80%A7%E4%BB%A3%E6%95%B8%E7%9C%8B%E5%BE%AE%E5%88%86%E6%96%B9%E7%A8%8B/
就特徵方程式而言,微分方程與線性代數確實有著密切的關係。
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解微分方程的時候,如果特徵方程式有重根,在運算最後結果的過程,重根好像僅有一個被拿來使用。
在矩陣的特徵方程式,重根的每一個數字,都必須拿來用,缺一個就不行。
同樣叫做「特徵方程式」,在線性代數的領域,似乎比較能夠「直覺」感受到重根的意義。