Derdegraads vergelijking oplossen

Grafiek
Stel, ik heb de volgende derdegraads vergelijking:
Vergelijking
Van deze derdegraads vergelijking wil ik weten waar de grafiek de assen snijdt. Het snijpunt met de y-as is simpel, want de y-as is de lijn waarvoor geldt x = 0. Ik hoef daarvoor slechts x = 0 in te vullen in vergelijking (1) en ik vind het snijpunt met de y-as:
Vergelijking
Het snijpunt met de y-as is altijd (0, d). Het snijpunt met de x-as ligt een stuk ingewikkelder, want de x-as is de lijn waarvoor geldt y = 0. Ik moet in dit geval y = 0 invullen in vergelijking (1) en dan vind ik het snijpunt (of de snijpunten, meervoud) met de x-as.
Vergelijking
Deze derdegraads vergelijking moet ik oplossen om te weten te komen waar de nulpunten liggen. Iedere ne-graads vergelijking heeft altijd n nulpunten, maar dat is iets anders dan snijpunten met de x-as. De snijpunten met de x-as zijn de reële nulpunten en indien dit er minder zijn dan n dan is het resterende aantal nulpunten complex. Er bestaat ook nog de mogelijkheid dat de functie de x-as raakt, een raakpunt, en dat zijn altijd twee samenvallende reële nulpunten. Dus, op twee manieren gezegd:
Grafiek

Afhankelijk van de waarde van a, positief of negatief, ‘begint’ de functie ergens linksonder of ergens linksboven. Indien a > 0 dan ziet de functie er (bijvoorbeeld) uit zoals hiernaast.

Grafiek

En wanneer a < 0 dan ziet de functie er (bijvoorbeeld) zo uit.

Voor het gemak deel ik daarom eerst door a, ik normaliseer de functie:
Vergelijking
Ik stel:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Waardoor (4) overgaat in:
Vergelijking
Grafiek

Vergelijking (6) is een derdegraads vergelijking die altijd ‘ergens linksonder begint’ en ‘ergens rechtsboven eindigt’, dat praat gemakkelijker. Vervolgens is het eerste probleem dat we helemaal niet weten hoeveel reële nulpunten er zijn. De functie gaat van linksonder naar rechtsboven en dit betekent dat de functie minstens eenmaal de x-as moet snijden en dat er dus minstens één reëel nulpunt is. Of er nog meer reële nulpunten zijn hangt er van af of de functie de hele tijd blijft stijgen ...

Grafiek

... of wellicht onderweg weer naar beneden duikt en de x-as raakt ...

Grafiek

... of ook nog snijdt en weer onder de x-as terecht komt. Wanneer de grafiek voor de tweede keer de x-as snijdt dan zal de grafiek daarna ook nog een derde maal de x-as moeten snijden om uiteindelijk toch naar rechtsboven te gaan. Meer mogelijkheden zijn er niet en dus heeft de grafiek één, twee (een nulpunt en een raakpunt) of drie reële nulpunten. Het stijgen en dalen van de grafiek kunnen we onderzoeken middels de afgeleide van de functie:

Vergelijking
Vergelijking

Deze afgeleide stel ik gelijk aan nul:
Vergelijking
De abc-formule geeft ons de beide nulpunten:
Vergelijking
Dat deel onder de wortel, de discriminant (van een tweedegraads vergelijking), noem ik p:
Vergelijking
Waardoor vergelijking (9) wordt:
Vergelijking
In het geval dat p = 0 vereenvoudigt dit tot:
Vergelijking
In dit geval heeft de afgeleide één nulpunt en heeft de grafiek één punt waar de raaklijk horizontaal loopt.
Grafiek

Indien p < 0 dan heeft de afgeleide geen nulpunten en de grafiek heeft geen punten waar de raaklijn horizontaal loopt en waar de grafiek wellicht overgaat van stijgen naar dalen. Kortom, indien p < 0 dan is er maar één reëel nulpunt.

Grafiek

Wanneer p = 0 dan is er één punt waar de grafiek even horizontaal loopt, maar links en rechts van dat punt is de grafiek stijgend. Ook in dat geval is er maar één reëel nulpunt.

Maar wanneer p > 0 dan wil dat nog niet zeggen dat er meerdere reële nulpunten zijn, want dat hangt er van af of de grafiek daarbij wel of niet de x-as raakt of snijdt. Het is daarom wel interessant om uit te rekenen wat de y-waarden zijn van de twee punten die vergelijking (11) aangeeft. De x-waarden zijn:
Vergelijking
Vergelijking
De bijbehorende y-waarden vinden we door deze x-waarden in te vullen in (1):
Vergelijking
Vergelijking
Die eerste drie termen tussen de haken pak ik samen en die noem ik q:
Vergelijking
Waarmee ik voor de beide y-waarden kan schrijven:
Vergelijking
Vergelijking
De vergelijkingen (16) kan ik samenpakken als volgt:
Vergelijking
Voor p = 0 is er maar één horizontale raaklijn en wordt (17):
Vergelijking
Ik weet dat de breuk y1/y2 cruciale informatie bevat, want indien y1 en y2 een verschillend teken hebben (lees: aan verschillende kanten van de x-as liggen, dus erboven en eronder) dan weet ik of er wel of niet drie reële nulpunten zijn. Ik wil daarom graag weten of y1/y2 positief of negatief is. Het grensgeval dat daar precies tussenin zit is y1/y2 = 0:
Vergelijking
En dit grensgeval moet uiteraard ook voor de reciproke breuk y2/y1 gelden:
Vergelijking
Door te kwadrateren pak ik de vergelijkingen (19) samen en maak ik alles netjes en kloppend:
Vergelijking
Ik had dit ook kunnen benaderen door niet de breuk van y1 en y2, maar het product van y1 en y2 uit te rekenen:
Vergelijking
Het grensgeval ligt daar waar dit product nul is:
Vergelijking
Hetgeen tot hetzelfde resultaat leidt (als vergelijking (20), maar op een veel simpeler manier).

Ik bepaal ook de tweede afgeleide, want het is interessant om te weten waar het inflexiepunt ligt:
Vergelijking
Vergelijking
Deze tweede afgeleide stel ik gelijk aan nul:
Vergelijking
Dit inflexiepunt geef ik aan met I:
Vergelijking
Merk op dat dit overeenkomt met vergelijking (12), dus wanneer er maar één punt is waar de raaklijn horizontaal loopt dan is dat punt tevens het inflexiepunt.
Grafiek
In de punten P en Q loopt de raaklijn horizontaal
en het inflexiepunt I ligt daar precies tussenin
Grafiek
Wanneer er maar één horizontale raaklijn is
dan vallen P en Q en het inflexiepunt I samen
Ik introduceer een p' en een p'':
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Hiermee worden de vergelijkingen (13):
Vergelijking
Vergelijking
En ik introduceer ook een q' en een q'':
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Ik stel:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vervolgens verbouw ik vergelijking (20):
Vergelijking
Of helemaal uitgeschreven in a, b, c en d:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Het deel tussen haakjes noem ik D:
Vergelijking
Merk op dat D het tegenovergestelde teken heeft van k.

Er geldt dus:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Ik ga even al mijn bevindingen tot nu toe op een rijtje zetten.
Grafiek

Indien p < 0 dan is er één reëel nulpunt en er geldt dan altijd dat k > 0 (zie vergelijking (28a), indien p < 0 dan is p3 < 0 en −4p3 > 0, q2 is sowieso > 0 omdat een kwadraat niet negatief kan zijn, en dus is k > 0). Dan is D < 0 (want D heeft het tegenovergestelde teken van k).

Grafiek

Indien p = 0 dan is er ook maar één reëel nulpunt en er geldt dan ook altijd dat k > 0 (zie vergelijking (28a), indien p = 0 dan is p3 = 0 en −4p3 = 0, q2 is sowieso > 0 omdat een kwadraat niet negatief kan zijn, en dus is k > 0 en D < 0), ...

Grafiek

... en het punt waar de grafiek even horizontaal loopt kan natuurlijk ook ergens onder de x-as liggen.

Grafiek

Indien p > 0 én k > 0 (en dus D < 0) dan is er nog steeds maar één reëel nulpunt (dat heb ik uitgezocht middels de vergelijkingen (19) en (20)) ...

Grafiek

... en dat kan er ook zo uit zien.

Grafiek

Indien k = 0 (dan moet gelden dat p > 0, en indien k = 0 dan geldt ook dat D = 0) dan zijn er twee reële nulpunten (zie wederom de vergelijkingen (19) en (20)) ...

Grafiek

... en dat kan er ook zo uit zien.

Grafiek

En tenslotte, indien k < 0 (ook dit kan alleen gelden indien p > 0, en voor k < 0 geldt automatisch dat D > 0) dan, en alleen dan, zijn er drie reële nulpunten.

Aan de waarde van D kun je dus aflezen hoeveel nulpunten er zijn. We noemen D daarom de discriminant. Samengevat in een tabel ziet het er zo uit:
p < 0 p = 0 p > 0
D > 0 Komt niet voor Grafiek
Twee horizontale raaklijnen,
drie reële nulpunten
D = 0 GrafiekGrafiek
Twee horizontale raaklijnen,
drie reële nulpunten
(het raakpunt telt dubbel)
D < 0 Grafiek
Geen horizontale raaklijn,
één reëel nulpunt
GrafiekGrafiek
Eén horizontale raaklijn,
één reëel nulpunt
GrafiekGrafiek
Twee horizontale raaklijnen,
één reëel nulpunt
Aantal reële nulpunten in een derdegraads vergelijking
Merk op wat er gebeurt met de discriminant wanneer ik a = 0 stel:
Vergelijking
Die factor b2 maakt niets uit voor het teken (want b2 is altijd positief) en die deel ik daarom uit.
Vergelijking
Voor a = 0 houd ik een tweedegraads vergelijking over (een parabool) en de vergelijking hierboven is ook inderdaad de discriminant van een tweedegraads vergelijking.

Wanneer ik dan ook nog b = 0 stel dan resteert de discriminant van een eerstegraads vergelijking:
Vergelijking
Deze discriminant is altijd positief en een eerstegraads vergelijking (een rechte lijn) heeft ook altijd één reëel nulpunt, behalve indien c = 0, dan loopt de lijn parallel aan de x-as en is er geen nulpunt (en is D = 0). Dit brengt ons bij het volgende interessante overzicht:
Eerstegraads vergelijking
Vergelijking
Tweedegraads vergelijking
Vergelijking
Derdegraads vergelijking
Vergelijking
D > 0 1 2 3
D = 0 0 1 2
D < 0 Komt niet voor 0 1
Aantal reële nulpunten in een ne-graads vergelijking
Ik heb nu wel een criterium gevonden (de discriminant D, vergelijking (33)) voor het aantal reële nulpunten, maar ik weet nog steeds niet waar ze liggen. De standaardtruc daarvoor is om te beginnen met het horizontaal verschuiven van de functie en wel zodanig dat de op één na hoogste macht van x er daarna uitvalt. Met andere woorden, ik ga de volgende translatie uitvoeren (de horizontale verschuiving is h):
Vergelijking
Dan wordt vergelijking (6):
Vergelijking
Ik stel:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Waardoor (39) wordt:
Vergelijking
Nu wil ik U gelijk aan nul hebben (zodat de op één na hoogste macht van x er uitvalt), en ik kies de translatie h daarom als volgt:
Vergelijking
Voor V en W kan ik dan schrijven:
Vergelijking
Vergelijking
En daarmee wordt (41):
Vergelijking
Zo zijn we alvast de term met x2, de op één na hoogste macht van x, kwijt. Deze vergelijking noemen we de gereduceerde vergelijking. De grote vraag is natuurlijk: brengt dit een oplossing dichterbij?

Door de translatie die we net uitgevoerd hebben zijn we één term kwijtgeraakt. Het is natuurlijk heel verleidelijk om het dan nog eens te doen om te kijken of we nog een term kwijt kunnen raken, want als ik de lineaire term of de constante term ook nog kwijt kan raken dan is de oplossing ineens heel nabij. Wat houdt ons tegen? Helemaal niets! Ik voer nogmaals een horizontale translatie uit, ditmaal over een afstand r:
Vergelijking
Dan wordt vergelijking (43):
Vergelijking
Zijn we nu weer terug bij af? Nee, want nu komt de grote truc, of het grote inzicht, net hoe je het noemen wilt. Ik ga de termen even wat reorganiseren:
Vergelijking
Ik stel die term tussen het eerste paar haken gelijk aan nul, of beter gezegd, ik kies de translatie r zo dat die term tussen het eerste paar haken altijd gelijk aan nul is:
Vergelijking
Dan valt er in (46) van alles weg:
Vergelijking
Ik heb nu alleen nog een derde macht van x'' over! Maar het ligt nu wel iets gecompliceerder, want h (de eerste translatie) is een constante (h = −I, zie vergelijking (42a)) terwijl r (de tweede translatie) een functie van x'' is (zie vergelijking (47)). Ik ga (47) daarom invullen in (48) om weer een volledige functie van x'' te krijgen:
Vergelijking
Vervolgens ga ik over naar een andere variabele:
Vergelijking
Vergelijking (49) wordt dan een tweedegraads vergelijking (hoera!):
Vergelijking
Met de abc-formule is dit eenvoudig op te lossen:
Vergelijking
We hebben in één keer twee nulpunten gevonden! Nu moet ik weer terugwerken naar x. Vergelijking (50) brengt mij om te beginnen weer terug naar x'':
Vergelijking
Vergelijking (44) in combinatie met (47) brengt mij weer terug naar x':
Vergelijking
Met behulp van (28c) wordt dit:
Vergelijking
Die +/− en −/+ zijn precies tegenovergesteld (de één is plus en de ander is min of vice versa), dus dat maakt niets uit, het is symmetrisch. Dan wordt (55):
Vergelijking
En de vergelijkingen (38) en (42a) brengen mij tenslotte weer terug bij x, het gezochte nulpunt:
Vergelijking
Cardano
Cardano

Net sprak ik nog euforisch dat we twee oplossingen hebben gevonden, maar dat blijkt er nu toch maar één te zijn. Dat is helemaal niet erg, want die ene oplossing kan ik uitdelen en via de abc-formule zijn de andere oplossingen dan snel gevonden. In het geval dat er één reëel nulpunt is (D < 0) dan kun je altijd bovenstaande vergelijking toepassen. In de geschiedenisboekjes vind je (57) terug als de formule van Cardano.

Del Ferro
Del Ferro
Del Fiore
Del Fiore
Tartaglia
Tartaglia
Ferrari
Ferrari

Eén ding weten we echter zeker: Cardano heeft dit niet bedacht! De oplossingsmethode die ik hierboven heb uitgewerkt is gevonden door Scipione del Ferro. Del Ferro publiceerde de methode echter niet, maar gaf het door aan zijn leerlingen Antonio Maria del Fiore en Annibale della Nave. Del Fiore ging een wedstrijd aan met Niccolò Tartaglia, die dezelfde methode vond (en daarmee de wedstrijd won). Vervolgens kreeg Tartaglia bezoek van Girolamo Cardano en maakte, na lang aandringen en een belofte van geheimhouding, Cardano deelgenoot van zijn oplossingsmethode. Cardano brengt later eveneens een bezoek aan Della Nave en die toont hem een manuscript van de hand van Del Ferro waar dezelfde oplossing in staat. Een leerling van Cardano, Lodovico Ferrari, vindt intussen een oplossing voor een vierdegraads vergelijking die gebaseerd is op de oplossing van de derdegraads vergelijking. Publicatie van de vierdegraads oplossing betekent dus tevens publicatie van de derdegraads oplossing. Om deze reden, én omdat Tartaglia niet de eerste ontdekker was, én omdat er aan de oplossing van Del Ferro geen geheimhoudingsclausule is gekoppeld, gaat Cardano overstag en publiceert alles in zijn boek Ars Magna (De Grote Kunst) en gaat met de eeuwige roem aan de haal, uiteraard tot grote woede van Tartaglia. Het gebeurde allemaal vijfhonderd jaar geleden in Italië.

Goed, voor het geval van één reëel nulpunt kunnen we dus altijd vergelijking (57) inzetten. Dan moeten er ook nog twee complexe nulpunten zijn. De complexe rekenwijze leert ons dat de wortels van een complex getal altijd equidistant op een cirkel liggen.
Grafiek
De twee wortels van z2 = 1
Grafiek
De drie wortels van z3 = 1
Grafiek
De vier wortels van z4 = 1
Grafiek
De vijf wortels van z5 = 1
Grafiek
De zes wortels van z6 = 1
In dit geval vormen ze dus een gelijkzijdige driehoek en kan ik de drie nulpunten zo in één keer opschrijven:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Oftewel:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
In het geval van twee reële nulpunten (een snijpunt en een raakpunt, en het raakpunt telt dubbel en zo komen we op drie nulpunten) is D = 0 (én k = 0) en vereenvoudigt (57) tot:
Vergelijking
Deze oplossing ga ik middels een staartdeling uitdelen uit de oorspronkelijke derdegraads vergelijking:
Vergelijking
Die restterm onderaan de staartdeling is per definitie nul omdat x1 een nulpunt is, en rechtsboven staat de tweedegraads vergelijking die ik over houd. De oorspronkelijke derdegraads vergelijking kan ik aldus schrijven:
Vergelijking
Ik ga die tweedegraads vergelijking, die noem ik voor het gemak ζ, uitwerken door het nulpunt x1, vergelijking (60), daarin in te vullen:
Vergelijking
Vervolgens pas ik de abc-formule toe:
Vergelijking
Omdat we bezig zijn de situatie uit te zoeken met twee nulpunten, dus D = k = 0, geldt volgens vergelijking (28c):
Vergelijking
En (64) wordt dan:
Vergelijking
Omdat de discriminant (van de tweedegraads vergelijking) nul is komen we tot een bijzonder simpel resultaat: twee reële nulpunten vallen samen en vormen een raakpunt. De discriminant (van de tweedegraads vergelijking) moest ook wel nul zijn want anders waren er twee reële nulpunten uit deze abc-formule gerold en hadden we in totaal drie reële nulpunten, terwijl we de situatie voor twee reële nulpunten aan het uitzoeken zijn.

Het is wel interessant om de afstand tussen het snijpunt (vergelijking (60)) en het raakpunt (vergelijking (66)) uit te rekenen:
Vergelijking
Indien q'' positief is, dan ligt het raakpunt rechts van het snijpunt en indien q'' negatief is, dan ligt het raakpunt links van het snijpunt.

Door nogmaals gebruik te maken van (65) krijg ik:
Vergelijking
Grafiek

Dit is hetzelfde resultaat als vergelijking (11)! En ook dat moet wel, want één punt waar de raaklijn horizontaal loopt is nu tevens nulpunt. De +/− die er bij in is gekomen komt omdat ik heb gekwadrateerd en vertegenwoordigt nu de situaties dat de grafiek er zo uit ziet (de grafiek raakt de x-as van boven af) ...

Grafiek

... of dat de grafiek er zo uit ziet (de grafiek raakt de x-as van onder af).

Rest mij nog de taak om de situatie met drie reële nulpunten helemaal uit te werken. Dat lijkt in eerste instantie meer van het zelfde, maar dan lopen we eerst nog tegen een ander probleem aan. Als ik vergelijking (57) er weer even bij pak:
Vergelijking
In het geval dat er drie reële nulpunten zijn is D > 0 en k < 0 en moeten we volgens bovenstaande vergelijking de wortel nemen van een negatief getal en dat gaat niet lukken. Hoe lossen we dat op? Daarvoor trek ik de trucendoos open en gaan we weer de schoonheid van de wiskunde in actie zien. Allereerst ga ik k'' met −1 vermenigvuldigen:
Vergelijking
De eenheid van de imaginaire getallen is de wortel uit −1:
Vergelijking
Dan wordt (69):
Vergelijking
De complexe rekenwijze leert ons dat een complex getal v + wi ook te schrijven is in complexe poolcoördinaten:
Vergelijking
Hierin zijn s en α:
Vergelijking
Vergelijking
Om de derdemachtswortel van een complex getal te trekken gaat dan als volgt:
Vergelijking
Ik stel:
Vergelijking
Nu ga ik dit allemaal loslaten op vergelijking (71):
Vergelijking
En dan hebben we ineens een cosinus hyperbolicus staan met een imaginair argument:
Vergelijking
En de hyperbolische functies leren ons ook dat de cosinus hyperbolicus met een imaginair argument gelijk is aan de normale cosinus met een niet-imaginair, een reëel, argument:
Vergelijking
Met behulp van (28c) ga ik die wortel nog even aanpakken en zo vind ik tenslotte één oplossing van de derdegraads vergelijking:
Vergelijking
Nu hebben we één oplossing te pakken en de vergelijkingen (61) en (62) lieten zien hoe we dan de andere oplossingen kunnen vinden door de oorspronkelijke derdegraads vergelijking te ontbinden in twee factoren:
Vergelijking
Vergelijking
Ik ga die tweedegraads vergelijking, die noem ik voor het gemak weer ζ, uitwerken door het nulpunt x1, vergelijking (79), daarin in te vullen. Eerst stel ik nog even:
Vergelijking
Dan wordt de tweedegraads vergelijking:
Vergelijking
Vervolgens pas ik weer de abc-formule toe, en om te beginnen schrijf ik eerst de discriminant (van de tweedegraads vergelijking) op:
Vergelijking
Dan komt nu de abc-formule in volle glorie:
Vergelijking
Omdat de cosinus symmetrisch is om de y-as is de cosinus van een hoek gelijk aan de cosinus van diezelfde hoek, maar dan negatief. Vergelijking (83) mag ik dus ook als volgt opschrijven:
Vergelijking
Ik mag bij een hoek altijd 2π optellen:
Vergelijking
Zo heb ik de andere twee oplossingen gevonden. Door de vergelijkingen (79) en (85) te combineren kan ik de drie oplossingen heel elegant in één formule opschrijven als volgt:
Vergelijking
Nu is er toch nog een akkefietje dat om een oplossing vraagt, want omdat de cosinus die hierboven staat symmetrisch is om de y-as kan deze vergelijking geen onderscheid maken tussen hoeken φ die positief of negatief zijn. De hoek φ heb ik immers bepaald middels de tangens:
Vergelijking
En de tangens kent een tekenwisseling bij het passeren van de y-as, maar de cosinus niet. Indien we vergelijking (86) met een tangens of een sinus zouden kunnen schrijven dan zijn we uit de problemen, want de sinus kent ook een tekenwisseling bij het passeren van de y-as. De oplossing is om over te gaan naar de complementaire hoek, die noem ik θ:
Vergelijking
De cosinus kan ik schrijven als een functie van de tangens:
Vergelijking
Nu maak ik gebruik van de vergelijkingen (28c) en (75):
Vergelijking
Bij complementaire hoeken is de sinus van de ene hoek gelijk aan de cosinus van de andere hoek en vice versa. Dus ook voor de complementaire hoeken θ en φ geldt:
Vergelijking
Oftewel:
Vergelijking
Of helemaal uitgeschreven in a, b, c en d (met de kanttekening dat dit qua teken niet meer klopt voor een negatieve a, omdat ik a3 uitdeel):
Vergelijking
Ik stel:
Vergelijking
Vergelijking (87) geeft het verband tussen de complementaire hoeken θ en φ, maar we hebben hier te maken met θ/3 en φ/3 dus dan krijgen we:
Vergelijking
We hebben daarom nog rekening te houden met een verschuiving van π/3. Vergelijking (86) gaf ons reeds de drie reële nulpunten:
Vergelijking
Nu kan ik de verbeterde versie opschrijven:
Vergelijking
Met behulp van bovenstaande vergelijking kunnen we de drie reële nulpunten uitrekenen, maar een interessante vraag is uiteraard of we dan vooraf kunnen zeggen welk nulpunt welk nulpunt is. Met andere woorden, weten we vooraf welk nulpunt het linkernulpunt, het middelste nulpunt en het rechternulpunt is? Dat ga ik ook nog even uitzoeken. Daartoe ga ik de drie nulpunten volgens (95) eerst apart opschrijven:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vervolgens ga ik x1, x2 en x3 van elkaar aftrekken en afhankelijk van het teken van het resultaat (positief of negatief) kan ik uitspraken doen over de posities van de verschillende nulpunten:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Vooralsnog lijk ik hier niets mee op te schieten, want door die sinussen en cosinussen wisselen bovenstaande antwoorden telkens van teken (van positief naar negatief of vice versa). Ik ga daarom nu eerst op zoek naar de nuldoorgangen (de nulpunten) van de vergelijkingen (97):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Dit is heel mooi, ze wisselen alledrie van teken bij π/2 en 3π/2. Of anders gezegd, bij −π/2 en +π/2, dat komt op hetzelfde neer. De hoek θ wordt berekend volgens:
Vergelijking
En aangezien de sinus van −π/2 tot +π/2 alle waarden van −1 tot +1 doorloopt zal alles zich ook afspelen in het interval van −π/2 tot +π/2. Wat gebeurt er dan aan de randen van het interval? Daarvoor vul ik −π/2 en +π/2 in voor θ:
Vergelijking
Vergelijking
Aan de grenzen van het interval wordt k'' nul (en de discriminant D dus ook) en zijn er twee reële nulpunten in plaats van drie (om precies te zijn: twee nulpunten vallen dan samen en vormen een raakpunt). Dan rest mij nog de taak om in de vergelijkingen (97) een bepaalde waarde voor θ in te vullen om te zien of er een positief getal of een negatief getal uitkomt. Ik kies π/4 als waarde voor θ en dat is π/12 voor θ':
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
In alle gevallen komt er een positief getal uit, dus x3 > x2, x3 > x1 en x2 > x1. De conclusie is: x1 is altijd het linkernulpunt, x2 is altijd het middelste nulpunt en x3 is altijd het rechternulpunt.

Samenvatting


Nu hebben we alles wat we weten willen over derdegraads vergelijkingen. Voordat ik de afsluitende overzichtstabel laat zien zet ik eerst nog de essentiële vergelijkingen op een rijtje. Om te beginnen was dit het uitgangspunt, de derdegraads vergelijking:
Vergelijking
Om e, f en g te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Om I, het inflexiepunt, te berekenen:
Vergelijking
Om p, q en k te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Om p'', q'' en k'' te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Om D te berekenen:
Vergelijking
Om θ en θ' te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
p > 0 D > 0 Grafiek Twee horizontale raaklijnen,
de x-coördinaten daarvan zijn te berekenen met de vergelijkingen (26):
Vergelijking
Vergelijking
De y-coördinaten zijn te berekenen met de vergelijkingen (16):
Vergelijking
Vergelijking
Drie reële nulpunten, te berekenen met vergelijking (95):
Vergelijking
D = 0 Grafiek
Grafiek
Twee horizontale raaklijnen,
de x-coördinaten daarvan zijn te berekenen met de vergelijkingen (26):
Vergelijking
Vergelijking
De y-coördinaten zijn te berekenen met de vergelijkingen (16):
Vergelijking
Vergelijking
Twee nulpunten, een snijpunt en een raakpunt,
te berekenen met de vergelijkingen (60) en (66):
Vergelijking
Vergelijking
Indien q'' positief is, dan ligt het raakpunt rechts van het snijpunt
en indien q'' negatief is, dan ligt het raakpunt links van het snijpunt.
D < 0 Grafiek
Grafiek
Twee horizontale raaklijnen,
de x-coördinaten daarvan zijn te berekenen met de vergelijkingen (26):
Vergelijking
Vergelijking
De y-coördinaten zijn te berekenen met de vergelijkingen (16):
Vergelijking
Vergelijking
Eén reëel nulpunt en twee complexe nulpunten,
te berekenen met de vergelijkingen (59):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
p = 0 Grafiek
Grafiek
Eén horizontale raaklijn en daar is tevens het inflexiepunt,
de x-coördinaat daarvan is te berekenen met vergelijking (24b):
Vergelijking
De y-coördinaat is te berekenen met vergelijking (18):
Vergelijking
Eén reëel nulpunt en twee complexe nulpunten,
te berekenen met de vergelijkingen (59):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
p < 0 Grafiek Geen horizontale raaklijn.
Eén reëel nulpunt en twee complexe nulpunten,
te berekenen met de vergelijkingen (59):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking

Korte samenvatting


Of kort samengevat, dit was het uitgangspunt:
Vergelijking
Om e, f en g te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Om I, het inflexiepunt, te berekenen:
Vergelijking
Om p, q en k te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Om p'', q'' en k'' te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Om D te berekenen:
Vergelijking
Om θ en θ' te berekenen:
Vergelijking
Vergelijking
D > 0 Drie reële nulpunten, van links naar rechts:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
D = 0 Twee nulpunten, een snijpunt en een raakpunt:
Vergelijking
Vergelijking
Indien q'' positief is, dan ligt het raakpunt rechts van het snijpunt
en indien q'' negatief is, dan ligt het raakpunt links van het snijpunt.
D < 0 Eén reëel nulpunt en twee complexe nulpunten:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking