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algebra难度:基础algebraquadraticvieta
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韦达定理wéidá dìnglǐ

비에타 공식
4 分钟阅读
更新于 2025-01-24
已完成

핵심 개념

비에타 공식 (韦达定理)은 다항식의 계수와 그 근의 합 및 곱 사이의 관계를 나타냅니다.

이차방정식 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0의 두 근을 x1x_1x2x_2라 하면:

x1+x2=bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a} (근의 합)

x1x2=cax_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} (근의 곱)

유도 과정

근의 공식으로부터: x1=b+Δ2a,x2=bΔ2ax_1 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}, \quad x_2 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}

: x1+x2=b+Δ2a+bΔ2a=2b2a=bax_1 + x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} + \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{-2b}{2a} = -\frac{b}{a}

: x1x2=(b+Δ)(bΔ)4a2=b2Δ4a2=b2(b24ac)4a2=4ac4a2=cax_1 \cdot x_2 = \frac{(-b + \sqrt{\Delta})(-b - \sqrt{\Delta})}{4a^2} = \frac{b^2 - \Delta}{4a^2} = \frac{b^2 - (b^2 - 4ac)}{4a^2} = \frac{4ac}{4a^2} = \frac{c}{a}

주요 응용

1. 풀지 않고 식 계산하기

실제 근을 구하지 않고 근에 관한 식을 계산합니다.

주요 공식: x12+x22=(x1+x2)22x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2

x13+x23=(x1+x2)33x1x2(x1+x2)x_1^3 + x_2^3 = (x_1 + x_2)^3 - 3x_1x_2(x_1 + x_2)

1x1+1x2=x1+x2x1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} = \frac{x_1 + x_2}{x_1 x_2}

(x1x2)2=(x1+x2)24x1x2(x_1 - x_2)^2 = (x_1 + x_2)^2 - 4x_1x_2

2. 근으로부터 방정식 구성

α\alphaβ\beta가 근이면, 이차방정식은: x2(α+β)x+αβ=0x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0

또는 동치로: (xα)(xβ)=0(x - \alpha)(x - \beta) = 0

3. 근의 부호 판별

풀지 않고 근의 부호를 판별:

  • 두 근 모두 양수: x1+x2>0x_1 + x_2 > 0 그리고 x1x2>0x_1 \cdot x_2 > 0
  • 두 근 모두 음수: x1+x2<0x_1 + x_2 < 0 그리고 x1x2>0x_1 \cdot x_2 > 0
  • 부호가 반대: x1x2<0x_1 \cdot x_2 < 0

CSCA 연습 문제

💡 참고: 다음 연습 문제는 CSCA 시험 커리큘럼을 기반으로 설계되었습니다.

예제 1: 기초 (난이도 ★★☆☆☆)

x1x_1x2x_2x23x4=0x^2 - 3x - 4 = 0의 근일 때, x1+x2x_1 + x_2x1x2x_1 \cdot x_2를 구하시오.

풀이:

비에타 공식에 의해 a=1a = 1, b=3b = -3, c=4c = -4: x1+x2=31=3x_1 + x_2 = -\frac{-3}{1} = 3 x1x2=41=4x_1 \cdot x_2 = \frac{-4}{1} = -4

정답: 합 = 3, 곱 = -4


예제 2: 중급 (난이도 ★★★☆☆)

x1x_1x2x_22x2+5x3=02x^2 + 5x - 3 = 0의 근일 때, x12+x22x_1^2 + x_2^2를 구하시오.

풀이:

비에타 공식에 의해: x1+x2=52,x1x2=32x_1 + x_2 = -\frac{5}{2}, \quad x_1 \cdot x_2 = -\frac{3}{2}

항등식을 이용하면: x12+x22=(x1+x2)22x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 =(52)22(32)= \left(-\frac{5}{2}\right)^2 - 2\left(-\frac{3}{2}\right) =254+3=254+124=374= \frac{25}{4} + 3 = \frac{25}{4} + \frac{12}{4} = \frac{37}{4}

정답: 374\dfrac{37}{4}


예제 3: 고급 (난이도 ★★★★☆)

x1x_1x2x_2x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0의 근일 때, x1x2+x2x1\dfrac{x_1}{x_2} + \dfrac{x_2}{x_1}를 구하시오.

풀이:

비에타 공식에 의해: x1+x2=4,x1x2=1x_1 + x_2 = 4, \quad x_1 \cdot x_2 = 1

식을 정리하면: x1x2+x2x1=x12+x22x1x2\frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{x_1^2 + x_2^2}{x_1 x_2}

먼저 x12+x22x_1^2 + x_2^2를 구하면: x12+x22=(x1+x2)22x1x2=162=14x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 = 16 - 2 = 14

따라서: x1x2+x2x1=141=14\frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{14}{1} = 14

정답: 1414


예제 4: 고급 (난이도 ★★★★☆)

2+32 + \sqrt{3}232 - \sqrt{3}을 근으로 하는 정수 계수 이차방정식을 구하시오.

풀이:

근의 합: α+β=(2+3)+(23)=4\alpha + \beta = (2 + \sqrt{3}) + (2 - \sqrt{3}) = 4

근의 곱: αβ=(2+3)(23)=43=1\alpha \cdot \beta = (2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3}) = 4 - 3 = 1

방정식은: x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0

정답: x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0


예제 5: 고급 (난이도 ★★★★★)

x2+px+q=0x^2 + px + q = 0의 한 근이 다른 근의 2배이고, 두 근의 합이 6일 때, ppqq를 구하시오.

풀이:

두 근을 rr2r2r이라 하자.

비에타 공식에 의해:

  • r+2r=3r=pr + 2r = 3r = -p
  • r2r=2r2=qr \cdot 2r = 2r^2 = q

합 = 6이므로: 3r=6r=23r = 6 \Rightarrow r = 2

따라서: p=3r=6p = -3r = -6 q=2r2=2(4)=8q = 2r^2 = 2(4) = 8

정답: p=6p = -6, q=8q = 8

비에타 공식의 확장

삼차방정식 ax3+bx2+cx+d=0ax^3 + bx^2 + cx + d = 0의 세 근을 x1,x2,x3x_1, x_2, x_3이라 하면:

x1+x2+x3=bax_1 + x_2 + x_3 = -\frac{b}{a} x1x2+x2x3+x3x1=cax_1x_2 + x_2x_3 + x_3x_1 = \frac{c}{a} x1x2x3=dax_1 \cdot x_2 \cdot x_3 = -\frac{d}{a}

흔한 실수

❌ 실수 1: 합의 부호 오류

잘못됨: x1+x2=bax_1 + x_2 = \frac{b}{a}

정확: x1+x2=bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a}

❌ 실수 2: 근이 실수라고 가정

비에타 공식은 Δ<0\Delta < 0 (복소근)일 때도 성립하지만, 많은 응용에서는 실근이 필요합니다. 필요한 경우 항상 Δ0\Delta \geq 0을 확인하세요.

❌ 실수 3: 불완전한 근의 조건

"두 근 모두 양수"의 조건: x1+x2>0x_1 + x_2 > 0 그리고 x1x2>0x_1 \cdot x_2 > 0 그리고 Δ0\Delta \geq 0모두 만족해야 합니다.

학습 팁

  1. 부호 기억하기: 합에는 음의 부호, 곱에는 없음
  2. 주요 변환 익히기: x12+x22x_1^2 + x_2^2, 1x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2}
  3. 판별식과 결합: 실근 조건 처리
  4. 역방향 문제 연습: 주어진 근으로부터 방정식 구하기

💡 시험 팁: 비에타 공식은 CSCA에서 자주 출제됩니다. x12+x22x_1^2 + x_2^21x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2}의 변환을 완벽히 숙달하세요 — 대부분의 문제에서 등장합니다!