background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej

Wykład – 1

Sprawy formalne

Cz. I. Przypomnienie elementarnych zagadnień z matematyki

Cz. II. Rozwiązywanie analityczne równań algebraicznych 

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE

W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Wykład

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej

2

Sprawy formalne:

Forma: Wykład w postaci prezentacji komputerowych

Wymiar: 14 h/semestr (2 h/co 2 tygodnie)

Czas i miejsce: ŚR N 13.15 – 15.00 s. 27 C-6

Wykład bez przerwy (do godz.14.45)

Przeznaczenie: studenci I roku Studium magisterskie (II – go stopnia) 

na Wydziale chemicznym i kierunku 

Inżynieria chemiczna i 

procesowa –

oraz inni studenci Politechniki Wrocławskiej

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE

W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Wykład

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej

3

Sprawy formalne cd.:

Obecność: nieobowiązkowa (sprawdzana)

Obecność na wykładzie będzie premiowana dodatkowymi 

punktami przy zaliczeniu: brak nieobecności 3 pkt.,

jedna nieobecność 2 pkt., dwie nieobecności 1 pkt.

Zaliczenie: 

Test wielokrotnego wyboru na ostatnich zajęciach

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE

W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Wykład

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej

4

Sprawy formalne cd.:

Kontakt: p. 115 C-6, tel. 71-320-33-58

email: 

Antoni.Koziol@pwr.wroc.pl

Konsultacje:

Wtorek

godz. 11 – 13

Środa 

godz. 11 – 13  

Informacje internetowe: 

www.prochembio.pwr.wroc.pl/studenci.html

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE

W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Wykład

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

UWAGI OGÓLNE

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Struktura inżynierii chemicznej

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Uwagi ogólne

Inżynieria chemiczna jest nauką dosyć mocno 

„zmatematyzowaną” tzn. matematyka odgrywa w niej 

bardzo ważną rolę. Zasadniczo matematykę Państwo 

poznali na kursach ściśle matematycznych (analiza 

matematyczna i algebra liniowa). W ramach naszego 

kursu będą Państwo poznawali te elementy 

matematyki, które są szczególnie ważne dla inżynierii, 

a które nie zawsze są odpowiednio eksponowane 

przez matematyków.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Tematyka wykładów z „Metod 

matematycznych i statystycznych w 

inżynierii chemicznej”

Przypomnienie elementarnych wiadomości z algebry –

liczby, funkcje i równania

Analityczne metody rozwiązywania równań algebraicznych

Numeryczne (przybliżone) metody rozwiązywania równań 

liczbowych

Podstawowe pojęcia analizy pól skalarnych i wektorowych

Matematyczne opracowanie wyników doświadczalnych

Podstawowe pojęcia algebry i analizy zespolonej

Transformata Laplace’a

Funkcje specjalne

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

LITERATURA

1.

A. Kozioł: 

Materiały pomocnicze do wykładu. 

Internet.

2.

T. Traczyk, M. Mączyński: 

Matematyka stosowana w 

inżynierii chemicznej.

WNT Warszawa 1970.

3.

Z. Kosma: 

Metody numeryczne dla zastosowań 

inżynierskich. 

Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, 

Radom 1999.

4.

M. Huettner, M. Szembek, R. Krzywda: 

Metody numeryczne 

w typowych problemach inżynierii procesowej. 

Oficyna 

Wydawnicza Polit. Warsz. Warszawa 1997.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

LITERATURA

5.

E. Kącki, L. Siewierski: 

Wybrane działy matematyki 

wyższej z ćwiczeniami. 

PWN, Warszawa 1975.

6.

E. Kreyszig: 

Advanced Engineering Mathematics.

J. 

Wiley, New York 1993.

7.

K. A. Stroud: 

Advanced Engineering Mathematics. 

Industrial Press, New York 2003.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

PRZYPOMNIENIE PODSTAWOWYCH

POJĘĆ MATEMATYCZNYCH

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Elementy algebry

Jednym z podstawowych pojęć w matematyce jest pojęcie liczby.
Liczby tworzą pewne systemy (zbiory) nazywane przestrzeniami 
algebraicznymi
. W przestrzeniach algebraicznych kluczową rolę 
odgrywają  różne operacje na elementach nazywane działaniami.

Przypomnimy teraz najważniejsze rodzaje liczb i związanych z nimi
przestrzeni algebraicznych.

1.

Liczby naturalne, N={1,2,3,….}.

W zbiorze liczb naturalnych możliwe jest tylko dodawanie i 

mnożenie.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Elementy algebry

2.

Liczby całkowite, I={…-2,-1,0,1,2…}. 

W zbiorze liczb całkowitych możliwe jest dodawanie i 

odejmowanie oraz mnożenie.

3.

Liczby wymierne, w€W<=>w=i

1

/i

2

, i

1,

i

2

€I, i

2

≠0. 

Każdą liczbę wymierną można przedstawić w postać ułamka dwu 

liczb całkowitych. W zbiorze liczb wymiernych możliwe jest 

dodawanie, odejmowanie oraz mnożenie i dzielenie.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Elementy algebry cd.

4.

Liczby rzeczywiste, r€R. 

Zbiór liczb rzeczywistych odgrywa podstawową rolę zarówno w 

algebrze jak i analizie matematycznej. Dokładna definicja liczb 

rzeczywistych jest dosyć trudna i nie będę jej tutaj podawał. 

W zbiorze liczb rzeczywistych możliwe jest dodawanie i 

odejmowanie, mnożenie i dzielenie ( z wyjątkiem zera). Ze 

względu na te działania zbiór liczb rzeczywistych jest tzw. ciałem 

algebraicznym. Z pewnymi ograniczeniami w zbiorze liczb 

rzeczywistych można definiować inne operacje algebraiczne takie 

jak: potęgowanie i pierwiastkowanie. 

Za pomocą liczb rzeczywistych opisujemy wielkości fizyczne 

nazywane skalarami

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Elementy algebry cd.

5.

Liczby zespolone, z€C

z=(x,y)  x,y€R, i=√(-1) jednostka urojona. 

Liczby zespolone odgrywają ważną rolę w różnych modelach 

matematycznych stosowanych w inżynierii. Zbiór liczb zespolonych, 

podobnie jak zbiór liczb rzeczywistych jest ciałem algebraicznym, w 

którym możliwe są dodawanie i odejmowanie oraz mnożenie i 

dzielenie. Liczby zespolone mają tradycyjną interpretację algebraiczną, 

w której zapisywane są one jako suma dwu części: rzeczywistej 

i urojonej

iy

x

z

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Elementy algebry cd.

Oprócz algebraicznej istnieje też geometryczna interpretacja 

liczb zespolonych, w której liczby te są utożsamiane z punktami

na płaszczyźnie:

x

y

z=x+iy

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje

)

(x

f

y

Zbiór Y nazywamy zbiorem wartości funkcji, natomiast zbiór D jest 

to tzw. dziedzina funkcji. Zbiory D i Y mogą być podzbiorami

różnego rodzaju przestrzeni algebraicznych.

Elementy zbioru D nazywamy zmienną niezależną x.

Funkcją nazywamy jednoznaczne przyporządkowanie pewnego elementu

y€Y elementowi x€D. Elementy x oraz y najczęściej są liczbami.

Przyporządkowanie to zapisujemy w postaci:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje

)

(x

f

y

x

y

D

Y

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Klasyfikacja funkcji 

W zależności od typu zbiorów D i Y rozróżniamy funkcje: 

1. Funkcje rzeczywiste gdy zarówno zbiory D jak i Y są zbiorami 

liczb rzeczywistych. Są to najczęściej stosowane rodzaje funkcji.

2. Funkcje zespolone gdy zbiory D i Y są zbiorami liczb zespolonych.

3. Funkcje wektorowe gdy zbiory D i Y są zbiorami wektorowymi.

Czasami używane są funkcje, w których zbiory D i Y są różnego typu.

Przykładowo jeżeli D jest zbiorem liczb rzeczywistych a Y zbiorem

liczb zespolonych mówimy o funkcjach zespolonych zmiennej rzeczywistej.

Jeżeli natomiast D jest zbiorem liczb zespolonych a Y zbiorem liczb

rzeczywistych, mamy do czynienia z funkcjami rzeczywistymi zmiennej

zespolonej. 

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne

Z pośród wielu funkcji rzeczywistych  wyróżniamy tzw. funkcje 

elementarne, do których należą: 

1. Funkcje algebraiczne. Są to funkcje zapisane za pomocą wzoru,

w którym występują tylko operatory algebraiczne tzn. dodawanie,

odejmowanie, mnożenie, dzielenie oraz potęgowanie całkowite.

3

4

5

2

3

5

2

2

3

x

x

y

x

x

y

x

y

Przykłady funkcji algebraicznych:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne cd.

2. Funkcje potęgowe. 

Są to funkcje, w których zmienna niezależna x występuje jako 

podstawa podniesiona do potęgi α (α dowolna liczba naturalna, 
całkowita, wymierna lub rzeczywista). 

x

y

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne cd.

3. Funkcje wykładnicze. Są to funkcje, w których zmienna niezależna x

występuje w wykładniku potęgi jakiegoś wyrażenia. Dosyć często

podstawą takiej funkcji jest niewymierna liczba e. W takim przypadku

funkcję nazywamy ekspotencjalną i oznaczamy ją za pomocą symbolu:

x

e

x

y

)

exp(

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne cd.

y

e

x

)

ln( x

y

4. Funkcje logarytmiczne. Są to funkcje odwrotne do funkcji 

wykładniczych. Zmienna niezależna x występuje tutaj pod znakiem

logarytmu, najczęściej o podstawie e. W takim przypadku mamy do

czynienia z tzw. logarytmem naturalnym. Najprostsza funkcja 

logarytmiczna ma zapis:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne cd.

5. Funkcje trygonometryczne. Są to funkcje zdefiniowane za pomocą 

odpowiednich stosunków długości boków trójkąta prostokątnego.

Zmienną niezależną w tych funkcjach jest kąt w trójkącie wyrażony

w mierze łukowej. Najczęściej stosowane są podstawowe 4 funkcje

trygonometryczne:

)

cot(

)

tan(

)

cos(

)

sin(

x

y

x

y

x

y

x

y

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne cd.

6. Funkcje hiperboliczne. Są to funkcje zdefiniowane za pomocą pewnych

kombinacji funkcji ekspotencjalnych.

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

e

e

e

e

x

x

x

e

e

e

e

x

x

x

e

e

x

e

e

x

)

sinh(

)

cosh(

)

coth(

)

cosh(

)

sinh(

)

tanh(

2

)

cosh(

2

)

sinh(

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Funkcje elementarne cd.

Wykresy funkcji hiperbolicznych:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Wybrane własności funkcji                                                                                                    

)

(

)

(

x

f

x

f

Niektóre funkcje spełniają pewne szczególne własności pomocne 

w ich zastosowaniu. Najważniejsze są następujące własności: 

1. Parzystość. Funkcja f(x) jest parzysta jeżeli spełnia warunek:

Parzyste są np. funkcje: x

2

, cos(x), cosh(x). Wykresy funkcji

parzystych są symetryczne względem osi y.

2. Nieparzystość. Funkcja f(x) jest nieparzysta jeżeli spełnia

warunek:

)

(

)

(

x

f

x

f

Nieparzyste są np. funkcje: x

3

, sin(x), tan(x). Wykresy funkcji

nieparzystych są symetryczne względem początku układu

współrzędnych.

Uwaga. Większość funkcji nie jest ani parzysta ani nieparzysta.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Wybrane własności funkcji cd.                                                                                                

3. Okresowość. Funkcja f(x) jest okresowa jeżeli spełnia warunek:

)

(

)

(

0

x

x

f

x

f

Stałą wartość x

0

nazywamy okresem funkcji. Okresowe są

wszystkie funkcje trygonometryczne. Okres funkcji sinus i kosinus

wynosi 2π a funkcji tanges i kotanges π. 

4. Monotoniczność. Mówimy że funkcja jest monotoniczna jeżeli

jest ona w całym rozważanym przedziale albo rosnąca albo

malejąca. Funkcje które posiadają ekstrema tzn. maksima

lub minima nie są monotoniczne. 

Monotoniczne są np. funkcje 2x, x

3

, e

x

. Funkcje trygonometryczne 

są monotoniczne tylko w ograniczonych przedziałach.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

RÓWNANIA                                                                                                                     

}]

{

},

[{

}]

{

},

[{

2

1

a

x

W

a

x

W

Olbrzymią rolę w zastosowaniach matematyki odgrywają wszelkiego 

rodzaju równania.

Równaniem nazywamy formułę, w której po dwu stronach równości

występują różne wyrażenia. W wyrażeniach tych występują pewne

nieznane obiekty które oznaczymy ogólnie {x} oraz znane parametry

które oznaczymy jako {a}. Ogólną postać równania możemy zapisać

następująco: 

lub prościej po przeniesieniu jednego z wyrażeń na drugą stronę:

0

}]

{

},

[{

a

x

W

W zależności od rodzaju obiektów {x} i {a} mamy różne rodzaje równań.

Najprostsze są równania liczbowe, w których niewiadoma jest jedna lub

kilka liczb zwanych pierwiastkami równania. Parametry {a} stanowią

w takim przypadku układ znanych liczb. W wyrażeniu W występują

operatory algebraiczne (działania) oraz na ogół funkcje elementarne.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

Część II wykładu 1

Rozwiązywanie równań algebraicznych

Rozwiązywanie układów równań

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

RÓWNANIA LICZBOWE                                                                                                            

0

)

,...

,

,

(

2

1

n

a

a

a

x

F

Równania liczbowe mogą mieć jedną lub więcej niewiadomych.

Ogólną postać równania liczbowego z jedną niewiadomą możemy 

zapisać w postaci:

W zależności od funkcji występujących w równaniu, równania

dzielimy na algebraicznewymierne przestępne. Równanie 

algebraiczne ma postać:

0

0

...

0

2

2

1

1

n

n

n

n

n

n

n

a

a

x

a

x

a

x

a

Mówimy, że równanie takie jest stopnia n. Najprostsze są równania 

algebraiczne stopnia 1 – liniowe i 2 – kwadratowe. Parametry równania

algebraicznego nazywamy współczynnikami. Najczęściej współczynniki

są liczbami rzeczywistymi. Ogólnie równanie algebraiczne ze współczynnikami

rzeczywistymi stopnia n może mieć co najwyżej n pierwiastków rzeczywistych.

Równanie stopnia nieparzystego ma zawsze co najmniej 1 pierwiastek.

Równanie stopnia parzystego może nie mieć w ogóle pierwiastków 

rzeczywistych.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ                                                                                                         

)

,...

,

(

2

1

n

a

a

a

x

Rozwiązanie równania liczbowego polega na znalezieniu wszystkich

wartości x

1

, x

2

, …x

spełniających dane równanie. Rozwiązywanie 

równań może być analityczne (dokładne), gdy pierwiastki równania

mogą być przedstawione za pomocą wzoru:

Analitycznie można rozwiązywać wszystkie równania algebraiczne do stopnia 4,

niektóre równania algebraiczne wyższych stopni oraz niektóre równania 

przestępne.

Druga grupa metod rozwiązywania równań są to metody przybliżone

często określane jako tzw. metody numeryczne. Metody te polegają 

na konstrukcji pewnego ciągu nieskończonego, którego granicą jest szukany

pierwiastek danego równania. 

x

x

x

x

i

,...

,...

,

2

1

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH                                                                                                        

1

0

0

1

0

a

a

x

a

x

a

1. Równania 1 – go stopnia (liniowe).

2. Równania 2 – go stopnia (kwadratowe)

2

1

2

2

1

1

2

0

2

1

0

1

2

2

2

2

4

0

a

a

x

a

a

x

a

a

a

a

x

a

x

a

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

0

0

1

2

2

3

3

a

y

a

y

a

y

a

3

2

3a

a

x

y

3. Równania 3 – go stopnia (kubiczne).

Podstawienie 

prowadzi do równania z dwoma

parametrami p i q:

3

3

2

2

3

2

1

3

0

2

3

2

2

1

3

3

27

2

3

3

3

0

a

a

a

a

a

a

a

q

a

a

a

a

p

gdzie

q

px

x

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

2

3

2

3

q

p

0

Równania 3 – go stopnia cd.

Otrzymane po podstawieniu równanie rozwiązuje się w zależności

od wartości wyróżnika Δ zdefiniowanego wzorem:

Mogą zachodzić 3 przypadki:

I.

Równanie ma 1 pierwiastek rzeczywisty, który możemy 

obliczyć za pomocą wzoru Cardana (lub Tartagli):

3

3

2

2

q

q

x

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

0

4

3

3

2

1

q

dla

q

x

p

x

0

0

q

II.

Równanie ma 2 pierwiastki rzeczywiste, które możemy 

obliczyć za pomocą wzorów:

0

4

3

3

2

1

q

dla

q

x

p

x

0

0

q

dla

x

0

0

q

Równanie ma 1 (potrójny) pierwiastek

rzeczywisty:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

3

4

cos

2

3

2

cos

2

3

cos

2

2

2

1

r

x

r

x

r

x

0

III.

Równanie ma 3 pierwiastki rzeczywiste, które możemy 

obliczyć za pomocą wzorów:

3

2

arccos

3

:

r

q

p

r

gdzie

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

0

3

2

2

2

3

y

y

y

Przykłady liczbowe rozwiązywania równań kubicznych

Podstawienie 

Obliczając parametry p i q:

27

133

1

2

27

2

3

)

2

(

2

1

3

27

2

3

3

10

1

3

)

2

(

)

2

(

1

3

3

3

3

3

3

2

2

3

2

1

3

0

2

2

2

3

2

2

1

3

a

a

a

a

a

a

a

q

a

a

a

a

p

3

2

3

2

x

x

y

P1:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

Teraz obliczamy wyróżnik Δ: 

Równanie ma zatem 1 pierwiastek rzeczywisty, który możemy obliczyć

za pomocą wzoru Cardano:

otrzymujemy równanie:

3

7

6

13

27

2

133

6

13

27

2

133

3

3

x

0

27

133

3

10

3

x

x

6

13

0

36

169

27

2

133

3

3

10

2

3

2

3

2

3

q

p

Pierwiastek wyjściowego równania otrzymujemy wracając do wyjściowego

podstawienia:

3

3

2

3

7

3

2

x

y

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

0

16

20

8

2

3

y

y

y

Podstawienie 

Obliczając parametry p i q:

27

16

1

8

27

2

3

)

8

(

20

1

16

27

2

3

3

4

1

3

)

8

(

)

20

(

1

3

3

3

3

3

3

2

2

3

2

1

3

0

2

2

2

3

2

2

1

3

a

a

a

a

a

a

a

q

a

a

a

a

p

3

8

3

8

x

x

y

P2:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

Teraz obliczamy wyróżnik Δ: 

Równanie ma zatem 2 pierwiastki rzeczywiste, który możemy obliczyć

za pomocą wzorów dla q<0: 

otrzymujemy równanie:

3

4

27

16

4

4

3

2

3

3

4

3

3

3

2

1

q

x

p

x

0

27

16

3

4

3

x

x

0

27

2

16

3

3

4

2

3

2

3

2

3

q

p

Pierwiastki wyjściowego równania otrzymujemy wracając do wyjściowego

podstawienia:

4

3

8

3

4

3

8

2

3

8

3

2

3

8

2

2

1

1

x

y

x

y

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

3

2

8

20

194

91 0

y

y

y

Podstawienie 

prowadzi do równania z parametrami p i q:

2

2

3 1

2

2

2

3

3

3

0

1 2

2

2

2

3

3

3

3

3 8 ( 194) ( 20)

79

3

3 8

3

2

91

194 ( 20)

2

20

884

3

27

8

3 8

27

8

27

a a

a

p

a

a

a a

a

q

a

a

a

2

3

20

5

3

3 8

6

a

y

x

x

x

a

P3:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

Teraz obliczamy wyróżnik Δ: 

Równanie ma zatem 3 pierwiastki rzeczywiste, który możemy obliczyć

za pomocą wzorów : 

otrzymujemy równanie:

3

79

884

0

3

27

x

x

3

2

3

2

79

884

1225

3

2

3 3

2 27

3

p

q

0

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

3

3

1

2

2

79

79

3

3 3

3

884

arccos

arccos

0.889913

2

2 27( 79 / 3)

79

0.889913

17

2 cos

2

cos

3

3

3

3

2

79

0.889913 2

13

2 cos

2

cos

3

3

3

3

2

79

0.8899

2 cos

2

cos

3

3

p

r

q

r

x

r

x

r

x

r

13 4

4

3

3

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

Pierwiastki wyjściowego równania otrzymujemy wracając do wyjściowego

podstawienia:

1

1

2

2

3

3

5

17

5

13

6

3

6

2

5

13

5

7

6

3

6

2

5

4

5

4

6

3

6

3

y

x

y

x

y

x

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

0

0

1

2

2

3

3

4

4

a

y

a

y

a

y

a

x

a

4. Równania 4 – go stopnia .

Podzielenie równania przez a

prowadzi do równania z czterema

parametrami b, c, d i e:

0

2

3

4

e

dx

cx

bx

x

4

0

4

1

4

2

4

3

a

a

d

a

a

d

a

a

c

a

a

b

gdzie:

Jedna z metod analitycznych rozwiązania tego równania jest

następująca:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

0

)

4

(

)

8

2

(

4

8

2

2

2

3

d

b

c

e

z

e

bd

cz

z

W kroku 1 znajdujemy dowolny pierwiastek rzeczywisty „z” równania 

3 – go stopnia:

0

2

0

2

2

2

2

1

1

2

A

d

bz

z

x

A

b

x

A

d

bz

z

x

A

b

x

W kroku 2° rozwiązujemy 2 równania kwadratowe 

gdzie:

1

2

2

1

4

8

A

A

c

b

z

A

Pierwiastki tych równań kwadratowych są szukanymi pierwiastkami

równania 4 – tego stopnia.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

4

3

2

7

5

31

30

0

7

5

31

30

x

x

x

x

b

c

d

e

Przykład rozwiązania równania 4 – tego stopnia:

W kroku 1° znajdujemy równanie 3 – go stopnia: 

3

2

2

2

1

0

3

2

8

4

20

2

8

194

(4

)

91

8

20

194

91 0

a

a

c

a

bd

e

a

e c b

d

z

z

z

Równanie to rozwiązaliśmy jako przykład P3. Jednym z pierwiastków

rzeczywistych był z

1

=13/2. Na podstawie tego pierwiastka

w kroku 2° znajdujemy współczynniki równań kwadratowych:

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

ANALITYCZNE ROZWIĄZYWANIE 

RÓWNAŃ ALGEBRAICZNYCH cd.                                                                                                    

2

1

1

2

8

4

9

9

A

z

b

c

A

Końcowe równania kwadratowe oraz ich pierwiastki mają postać: 

1

1

1

1

1

1

2

1

2

2

1

2

1

2

2

8

15

2

b

A

bz

d

b

c

z

A

b

A

bz

d

b

c

z

A

2

1

2

2

3

4

2

0

9

3

2

1

8

15

0

4

2

3

5

x

x

x

x

x

x

x

x

Znalezione pierwiastki są równocześnie pierwiastkami

wyjściowego równania 4 – tego stopnia.

background image

© Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej 

To tyle jak na początek.

Dziękuję bardzo Państwu 

za uwagę !