Mathematik: Polynom-Division: Effizientes Annähern der Nullstellen?

S

S3veny

Gast
Hallo,

Folgendes: Wir haben zurzeit im Mathematikunterricht der Schule das Thema Polynom-Division.
Das Verständnis ist da, und das Berechnen fällt auch ziemlich leicht, das ist nicht das Problem.
Aber wenn es um die Annäherung der Nullstellen geht, fehlt mir eindeutig der Trick dabei.
Im Prinzip ist ja Ratsam sich mögliche Faktoren von av0 und Primzahl-Faktoren vorzunehmen.

Mit den berechneten Punkten, die Werte des ersten Koeffizienten und av0 (Y-Schnittpunkt) ließe sich ja auch eine kleine Skizze der Funktion herleiten. Nur die Punkte helfen jetzt nicht wirklich unbedingt bei, die exakten X-Werte zu finden, vor allem wenn es Brüche sind. Ich kann doch eigentlich nur von einem Punkt zum nächsten gehen der Anhand des Grafen wahrscheinlich X schneidet. Meine Lehrerin meinte ebenfalls nur sie könne es nicht anders erklären und ich solle in kleinen Schritten einen verdächtigen Abschnitt "durchsuchen". Dann bin ich aber ewig am Rechnen und dabei geht viel Zeit verloren, kann ich in der Arbeit nicht gebrauchen. Mit dem Horner-Schema geht es auch nicht wirklich schneller.

Dazu kommt das unsere Lehrerin Aufgaben stellt mit extremen (2,-3 Stellige) hohen av0 Werten nimmt und oft auch mit Nachkommastelle. Also es mir echt schwer aus dem Kopf her raus groß Faktoren zu finden. Wie erwähnt durch bloßes rumprobieren verliere ich nur Unmengen Zeit die wir sowieso kaum haben.

Jetzt könnte man natürlich gewieft sein und da wir anscheinend mit Taschenrechner arbeiten dürfen, entsprechend die Table-Funktion zu nutzen. Da limitiert aber gerade bei großen Bereichen der Arbeitsspeicher des Rechners. Sprich es dauert ähnlich lange, da nur kleine Bereiche gehen, und vor allem ist es ja nicht Sinn und Zweck. Selbes gilt für die "EQN"-Funktion: Damit komm ich nur bis n=3, wir haben aber auch Aufgaben mit n=4. Und so habe ich ein Problem.

Also meine Klasse ist da noch viel mehr mit am verzweifeln und probiert auch nur blöd herum. Ehrlich gesagt, das muss ich auch an der Stelle ohne falsche Bescheidenheit sagen bin ich einer, wenn nicht DER beste bei Mathe in der Klasse. Komm aber nicht auf den Trick.

Also vielleicht kennt sich hier Jemand etwas mit dem Stoff aus und kann mir Tipps geben? Gerne auch welche mit Taschenrechner, dann kann ich es zumindest lösen. Aber ein "legaler" Trick, zum effizienteren Annähern der Nullstellen wäre ganz klasse. Wenn es mir gelingen könnte bei n=3 eine Nullstelle zu finden, löst sich der Rest ja per pq-Formel. Aber was mache ich mit n=4 oder größer?

Abiturenten/Studenten unter euch?
Brauche eure Hilfe, viele Grüße.

Hinweis: Mir geht es nicht um Lösen einer bestimmten Hausaufgabe oder ähnliches, sondern um das Thema an sich. Abseits der pädagogischen Thematik ist die Frage zum Fach selbst. Austausch von Bildungs-Inhalten, in der es in diesem Unterforum geht.

Bei Unklarheiten über Regelverstöße, gerne auch per PM antworten.
Gerne auch entsprechende Foren-Empfehlungen wo der Thread vielleicht besser aufgehoben wäre.
 
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Also je nach Rechnermodell sollte es damit ja kein Problem darstellen, einfach den Gleichungslöser verwenden oder im Grafikmenü die Nullstellen ausgeben.
Ohne Rechner geht wirklich nur "qualifiziertes Raten". Wobei man da wieder unterscheiden muss, suchst du nur ganze Nullstellen, reelle oder komplexe?
Für ganze Nullstellen gibt es ein paar hilfen, wie z.B. dass der x^0 Koeffizient, also av0 bei dir, ein Vielfaches der Nullstelle ist (oder sowas in der Art).
Es gibt ansonsten verschiedene Näherungsalgorithmen, die aber von Hand nicht sinnvoll auszuführen sind.
 
Erstmal vielen Dank.
- Gleichungslöser lässt sich bei Polynom-Division leider nicht anwenden.
- Graph-Darstellung hat der Rechner soweit ich weiß leider nicht. (Casio fx-991ES)
- Also bisher waren ganze aber auch ein paar reelle dabei, gerade die reellen bereiten Probleme.
- x^0 Vielfaches der Nullstelle = Faktor von av0 - Nur da kommen teils sehr viele in Frage.
- EGN wäre ein Algorithmus, aber der funktioniert nicht bei x^(>3).

Andere ideen?
Vielleicht welche die mit meinen Taschenrechner funktionieren würden?
 
Leider steht dort auch das was ich schon geschrieben habe:
Maximal Funktion 3# Grades sind mit dem Rechner drin.
Mehr gibt der Speicher nicht her...
 
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Gib mal exemplarisch ein Polynom an, dass dir Kopfzerbrechen bereitet, werde dann versuchen, gezielt zu erklären.

Zum Thema n=4:
Fall 1: man errät zwei Nullstellen
Fall 2: bei einem geraden Polynom -> Substitution

n>5: es gibt keine analytische Lösung -> NumberCrunching angesagt

Beim Fall n=5 bin ich mir gerade nicht sicher, ob es dafür analytische Ansätze gibt, aber wenn ich mal ein solches Polynom vor den Augen habe, löse ich das numerisch mit dem Computer oder reduziere die Ordnung durch Taylor-Approximation.
 
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Das effizienteste Verfahren zum bestimmen von Nullstellen ist das Newtonverfahren. Es setzt voraus, dass deine Funktion differenzierbar ist.
Du leitest die Funktion ab und nimmst einen beliebiges X und setzt es in die abgeleitete Funktion ein. Dadurch erhältst du die Steigung der Tangente zum Polynom. Dann bestimmst du Y in der Stammfunktion. So bekommst du eine Geradengleichung. Nun bestimmst du den Schnittpunkt der Gerade mit der X Achse. Dann wiederholst du das Verfahren und setzt als X den gefundenen X-Achsen-Abschnitt ein. Das wiederholst du beliebig oft, um eine Nullstelle beliebig gut zu nähern. Für Computer ist das ein gutes Verfahren. Für Polynome dritten Grades hilft auch die Cardanischen Formel.
Grüße,
Verata
 
@Verata
1. Ist das NEwtonverfahren alles andere als das "effizienteste" Verfahren. (nur quadratische Konvergenz)
2. Bezweifle ich doch recht stark, dass ihm hier ein numerisches Näherungs-Lösungsverfahren weiterhilft.
 
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