Encuentre $xyz$ dado que $x + z + y = 5$ , $x^2 + z^2 + y^2 = 21$ , $x^3 + z^3 + y^3 = 80$

Question

Estaba buscando en mis trastos y encontré esto:

$$x + z + y = 5$$ $$x^2 + z^2 + y^2 = 21$$ $$x^3 + z^3 + y^3 = 80$$

¿Cuál es el valor de $xyz$ ?

A) $5$

B) $4$

C) $1$

D) $-4$

E) $-5$

Es bastante fácil, ¿hay alguna posibilidad de resolver esta cuestión? Ya tengo la respuesta para esto, pero no entendí del todo.

Gracias por la atención.

Answer 1

Tenemos $$(x+y+z)^3=(x^3+y^3+z^3)+3x(y^2+z^2)+3y(x^2+z^2)+3z(x^2+y^2)+6xyz.$$ Por lo tanto,

$$125=80+3x(21-x^2)+3y(21-y^2)+3z(21-z^2)+6xyz.$$

Esto lleva a

$$45=63(x+y+z)-3(x^3+y^3+z^3)+6xyz.$$

Esto nos da $45=315-240+6xyz$ Así que $6xyz=-30$ y $xyz=-5$ .

Answer 2

X + y + z = 5

Al cuadrar ambos lados,

$(x + y + z)^2 = 25$

$x^2 + y^2 + z^2 + 2xy + 2yz + 2zx = 25$

$21 + 2xy + 2yz + 2zx = 25$

$2xy + 2yz + 2zx = 25 - 21$

$2xy + 2yz + 2zx = 4$

$xy + yz + zx = 2$

También,

$x^3 + y^3 + z^3 - 3xyz = (x + y + z)(x^2 + y^2 + z^2 - xy - yz - zx)$

Poner valores,

$80 - 3xyz = (5)\left[21 - (xy + yz + zx)\right]$

80 - 3xyz = (5)(21 - 2)

80 - 3xyz = 95

-3xyz = 15

xyz = -5

Answer 3

Consideremos el polinomio

$$p(t) = (1-x t)(1-y t)(1-z t)$$

Consideremos la expansión en serie de $\log\left[p(t)\right]$ :

$$\log\left[p(t)\right] =-\sum_{k=1}^{\infty}\frac{S_k}{k} t^k$$

donde

$$S_k = x^k + y^k + z^k$$

Ya que se nos da la $S_k$ para $k$ hasta $3$ podemos escribir la expansión en serie de $\log\left[p(t)\right]$ hasta el tercer orden en $t$ pero eso es suficiente para calcular $p(t)$ , ya que es un polinomio de tercer grado. El coeficiente de $t^3$ es igual a $-xyz$ Por lo tanto, sólo tenemos que centrarnos en ese término. Lo tenemos:

$$\log\left[p(t)\right] = -\left(5 t +\frac{21}{2} t^2 + \frac{80}{3} t^3+\cdots\right)$$

Rendimientos exponenciales:

$$p(t) = \exp(-5t)\exp\left(-\frac{21}{2}t^2\right)\exp\left(-\frac{80}{3}t^3\right)\times\exp\left[\mathcal{O}(t^4)\right]$$

El $t^3$ puede provenir en su totalidad del primer factor, o podemos escoger el término lineal en $t$ de ahí y luego multiplicarlo por el $t^2$ término del segundo factor o podemos tomar el $t^3$ término del último factor. Sumando las 3 posibilidades se obtiene:

$$xyz = \frac{5^3}{3!} -5\times\frac{21}{2} + \frac{80}{3} = -5$$

También es fácil demostrar que $x^4 + y^4 + z^4 = 333$ utilizando que el coeficiente del $t^4$ es cero.

Answer 4

\begin{align} x + z + y &= u=5 \tag{1}\label{1} ,\\ x^2 + z^2 + y^2 &= v=21 \tag{2}\label{2},\\ x^3 +z^3 + y^3 &= w=80 \tag{3}\label{3}. \end{align}

¿Cuál es el valor de $xyz$ ?

Sorprendentemente, el Sustitución de Ravi funciona en este caso, a pesar de que no todos los números $x,y,z$ son positivos, y por lo tanto, el triángulo correspondiente es "irreal".

Por lo tanto, dejemos que \begin{align} a &= y + z ,\quad b = z + x ,\quad c = x + y \tag{4}\label{4} ,\\ x&=\rho-a ,\quad y=\rho-b ,\quad z=\rho-c \tag{5}\label{5} , \end{align}

donde el triplete $a, b, c$ representa los lados de un triángulo con el semiperímetro $\rho$ , inradio $r$ y circumradio $R$ .

Entonces

\begin{align} x + z + y &= \rho \tag{6}\label{6} ,\\ x^2 + z^2 + y^2 &= \rho^2-2(r^2+4rR) \tag{7}\label{7} ,\\ x^3 + z^3 + y^3 &= \rho(\rho^2-12rR) \tag{8}\label{8} ,\\ xyz&=\rho\,r^2 \tag{9}\label{9} . \end{align}

Excluyendo $rR$ de \eqref {7}- \eqref {8}, obtenemos

\begin{align} r^2&= \tfrac16\,\rho^2-\tfrac12\,v+\tfrac13\,\frac w{\rho} \tag{10}\label{10} , \end{align}

y de \eqref {9} tenemos la respuesta

\begin{align} xyz&= \tfrac16\,\rho^3-\tfrac12\,v\rho+\tfrac13\,w = \tfrac16\,5^3-\tfrac12\,21\cdot5+\tfrac13\,80 =-5 \tag{11}\label{11} . \end{align}

Como ventaja, podemos encontrar que

\begin{align} rR &= \tfrac1{12}\,\frac{\rho^3-w}{\rho} \tag{12}\label{12} \end{align}

y $x=\rho-a,\ y=\rho-b,\ z=\rho-c$ son las raíces de la ecuación cúbica

\begin{align} x^3-\rho\,x^2+(r^2+4rR)\,x-\rho r^2&=0 \tag{13}\label{13} ,\\ \text{or }\quad x^3-\rho\,x^2+\tfrac12\,(\rho^2-v)\,x-\tfrac13\,w-\tfrac16\,\rho\,(\rho^2-3v)&=0 \tag{14}\label{14} ,\\ x^3-5\,x^2+2\,x+5&=0 \tag{15}\label{15} . \end{align}

Una de las raíces de \eqref {15} es

\begin{align} x &= \tfrac53+ \tfrac23\,\sqrt{19}\,\cos\Big(\tfrac13\,\arctan(\tfrac9{25}\,\sqrt{331})\Big) \approx 4.253418 \tag{16}\label{16} ,\\ \text{the other two are }\quad y&\approx -0.773387 ,\quad z\approx 1.519969 \tag{17}\label{17} . \end{align}