Кіріспе
Теңдеуді шындыққа келтіретін айнымалылардың мәндерін табу. Математикада теңдеуді шешу – оның шешімдерін табуды білдіреді, яғни теңдеуде берілген шартты орындайтын мәндерді (сандар, функциялар, жиынтықтар және т.б.), әдетте тең белгісімен байланысты екі өрнектен тұратын өрнектерді. Шешім іздеген кезде бір немесе бірнеше айнымалылар белгісіз деп белгіленеді. Шешім – теңдеудегі теңдікті шындыққа айналдыратын белгісіз айнымалыларға мәндер беру. Басқаша айтқанда, шешім – бұл мәндер жиынтығы (әр белгісіз үшін бір мән), оларды белгісіздердің орнына қойғанда теңдеу теңдікке айналады. Теңдеудің шешімі көбінесе теңдеудің түбірі деп аталады, әсіресе полиномдық теңдеулер үшін. Теңдеудің барлық шешімдерінің жиыны – оның шешімдер жиыны. Теңдеуді сандық немесе символдық түрде шешуге болады. Теңдеуді сандық түрде шешу – тек сандарды ғана шешім ретінде қабылдауды білдіреді. Теңдеуді символдық түрде шешу – шешімдерді көрсету үшін өрнектерді пайдалануға болады. Мысалы, 1=x + y = 2x – 1 теңдеуі белгісіз x үшін 1=x = y + 1 өрнегімен шешіледі, себебі теңдеудегі x орнына y + 1 қойғанда 1=(y + 1) + y = 2(y + 1) – 1, яғни шын мәлімдеме шығады. Сондай-ақ, y айнымалысын белгісіз деп қабылдап, теңдеуді 1=y = x – 1 арқылы шешуге болады. Немесе x және y екеуін де белгісіздер ретінде қарастырып, теңдеудің көптеген шешімдері бар; символдық шешім 1=(x, y) = (a + 1, a), мұнда a айнымалысы кез келген мәнді қабылдай алады. Символдық шешімді нақты сандармен қолдану сандық шешім береді; мысалы, a=0 болса, 1=(x, y) = (1, 0) (яғни x=1, y=0), ал a=1 болса, 1=(x, y) = (2, 1). Белгілі және белгісіз айнымалылар арасындағы айырмашылық көбінесе мәселенің шартында «x және y теңдеуі» немесе «x және y үшін шешіңіз» сияқты сөздермен көрсетіледі, бұл белгісіздерді көрсетеді, яғни x және y. Дегенмен, x, y, z әдетте белгісіздерді белгілеу үшін, ал a, b, c белгілі айнымалыларды (параметрлер деп аталады) белгілеу үшін қолданылады. Бұл әсіресе квадрат теңдеулер сияқты полиномдық теңдеулерді қарастырғанда жиі кездеседі. Алайда, кейбір жағдайларда барлық айнымалылар кез келген рөлді атқара алады. Контекстке байланысты теңдеуді шешу – кез келген шешімді табудан (бір шешім жеткілікті), барлық шешімдерді табудан немесе белгілі бір шарттарды қанағаттандыратын шешімді табудан тұруы мүмкін, мысалы, белгілі бір аралыққа жататын шешім. Егер міндет белгілі бір критерий бойынша ең жақсы шешімді табу болса, онда бұл оптимизациялық мәселе болады. Оптимизациялық мәселені шешу көбінесе «теңдеуді шешу» деп аталмайды, себебі әдетте шешу әдістері жақсырақ шешім табу үшін белгілі бір шешімнен басталады және ең жақсы шешім табылғанға дейін процесті қайталайды.
In mathematics, to solve an equation is to find its solutions, which are the values (numbers, functions, sets, etc.) that fulfill the condition stated by the equation, consisting generally of two expressions related by an equals sign. When seeking a solution, one or more variables are designated as unknowns. A solution is an assignment of values to the unknown variables that makes the equality in the equation true. In other words, a solution is a value or a collection of values (one for each unknown) such that, when substituted for the unknowns, the equation becomes an equality. A solution of an equation is often called a root of the equation, particularly but not only for polynomial equations. The set of all solutions of an equation is its solution set. An equation may be solved either numerically or symbolically. Solving an equation numerically means that only numbers are admitted as solutions. Solving an equation symbolically means that expressions can be used for representing the solutions. For example, the equation 1=x + y = 2x – 1 is solved for the unknown x by the expression 1=x = y + 1, because substituting y + 1 for x in the equation results in 1=(y + 1) + y = 2(y + 1) – 1, a true statement. It is also possible to take the variable y to be the unknown, and then the equation is solved by 1=y = x – 1. Or x and y can both be treated as unknowns, and then there are many solutions to the equation; a symbolic solution is 1=(x, y) = (a + 1, a), where the variable a may take any value. Instantiating a symbolic solution with specific numbers gives a numerical solution; for example, 1=a = 0 gives 1=(x, y) = (1, 0) (that is, 1=x = 1, y = 0), and 1=a = 1 gives 1=(x, y) = (2, 1). The distinction between known variables and unknown variables is generally made in the statement of the problem, by phrases such as "an equation in x and y", or "solve for x and y", which indicate the unknowns, here x and y. However, it is common to reserve x, y, z, to denote the unknowns, and to use a, b, c, to denote the known variables, which are often called parameters. This is typically the case when considering polynomial equations, such as quadratic equations. However, for some problems, all variables may assume either role. Depending on the context, solving an equation may consist to find either any solution (finding a single solution is enough), all solutions, or a solution that satisfies further properties, such as belonging to a given interval. When the task is to find the solution that is the best under some criterion, this is an optimization problem. Solving an optimization problem is generally not referred to as "equation solving", as, generally, solving methods start from a particular solution for finding a better solution, and repeating the process until finding eventually the best solution.
Ерітінді әдістері
Теңдеулерді шешу әдістері көбінесе теңдеу түріне, теңдеудегі өрнектердің және белгісіздердің қабылдауы мүмкін мәндердің түріне байланысты болады. Теңдеулердің түрлері өте көп, соған сәйкес әдістер де сан алуан. Төменде тек бірнеше нақты түрлері ғана келтірілген. Әдетте, теңдеулер класы үшін, жұмыс істеуіне кепілдік берілген белгілі бір жүйелі әдіс (алгоритм) болмауы мүмкін. Бұл математикалық білімнің жетіспеушілігінен болуы мүмкін; кейбір мәселелер ғасырлар бойы тырысқаннан кейін ғана шешілді. Бірақ бұл сондай-ақ, жалпы алғанда, мұндай әдіс болуы мүмкін емес екенін көрсетеді: кейбір мәселелер алгоритм арқылы шешілмейтіні белгілі, мысалы, Хилберттің оныншы мәселесі, ол 1970 жылы шешілмейтіні дәлелденді. Көптеген теңдеулер кластары үшін оларды шешуге арналған алгоритмдер табылды, олардың кейбіреулері компьютерлік алгебра жүйелеріне енгізілді, бірақ көбінесе қарындаш пен қағаздан артық күрделі технология талап етілмейді. Ал кейбір жағдайларда, табысқа жетуіне кепілдік берілмесе де, көбінесе сәтті болатын эвристикалық әдістер белгілі.
Жәндік күш, сынақ пен қателік, шынайы болжам
Егер теңдеудің шешімдер жиынтығы шекті жиынтыққа шектелсе (мысалы, модульдік арифметикадағы теңдеулерде), немесе шекті сандағы мүмкіндіктермен шектелуі мүмкін болса (кейбір Диофанти теңдеулері сияқты), шешімдер жиынтығын күш қолдану арқылы табуға болады, яғни мүмкін болатын әрбір мәнді (күдікті шешімдерді) тексеру арқылы. Дегенмен, қарастырылатын мүмкіндіктер саны шекті болғанымен, тым үлкен болуы мүмкін, сондықтан толық іздеу іс жүзінде орындалмайды; бұл, шындығында, күшті шифрлау әдістерінің қажетті шарты. Барлық түрдегі мәселелерді шешудегідей, сынап-қате әдісі кейде шешім табуға көмектеседі, әсіресе теңдеудің түрі немесе оның белгілі шешімі бар басқа теңдеуге ұқсастығы шешімге қатысты "шабыттанған болжамға" әкелуі мүмкін. Егер тексерілген болжам шешім болмаса, оның неліктен сәтсіз болғанын қарастыру өзгертілген болжамға алып келуі мүмкін.
Сызықтық теңдеулер жүйелері
Сызықтық теңдеулердің кіші жүйелерін элементар алгебраның әдістерімен де шешуге болады. Үлкен жүйелерді шешу үшін сызықтық алгебра негізіндегі алгоритмдер пайдаланылады. Қараңыз: Гаусс әдісі және сызықтық жүйелерді сандық түрде шешу.
Диофантилік теңдеулер
Диофантикалық теңдеулерде шешімдер бүтін сандар болуы керек. Кейбір жағдайларда, жоғарыда айтылғандай, қарапайым іздеу әдісі қолданылуы мүмкін. Ал басқа жағдайларда, әсіресе теңдеу бір белгісізі болса, теңдеуді рационал санмен белгісіздер үшін шешуге болады (Рационал түбір теоремасын қараңыз), содан кейін Диофантикалық теңдеудің шешімдерін табу үшін шешімдер жиынын бүтін сандық шешімдермен шектеу қажет. Мысалы, полиномдық теңдеудің рационал шешімдері және болады, сондықтан Диофантикалық теңдеу ретінде қарастырылса, оның жалғыз шешімі болады. Дегенмен, әдетте Диофантикалық теңдеулерді шешу ең қиын мәселелердің бірі болып табылады.
has as rational solutions and , and so, viewed as a Diophantine equation, it has the unique solution
In general, however, Diophantine equations are among the most difficult equations to solve.
Сандық әдістер
Нақты немесе күрделі сандардағы күрделі теңдеулер болса, теңдеулерді шешудің қарапайым әдістері сәтсіз болуы мүмкін. Көбінесе Ньютон-Рафсон әдісі сияқты түбірді табу алгоритмдері теңдеудің сандық шешімін табу үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл кейбір қолданбалар үшін белгілі бір мәселені шешу үшін толық жеткілікті болуы мүмкін. Сонымен қатар сызықтық теңдеулер жүйелері үшін сандық әдістер бар.
Матрицалық теңдеулер
Матрицалар мен нақты сандардан құралған векторларға қатысты теңдеулер көбінесе сызықтық алгебраның әдістерімен шешіледі.
Дифференциалдық теңдеулер
Дифференциалдық теңдеулердің түрлі-түрлі нұсқаларын сандық және аналитикалық жолдармен шешуге арналған кең ауқымды әдістер бар. Интеграция осы санатқа жататын мәселелердің бір классы болып табылады, ал осындай мәселелерді шешудің аналитикалық әдістері қазір символдық интеграция деп аталады. Дифференциалдық теңдеулердің шешімдері жасырын немесе ашық болуы мүмкін.