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En la factorización y resolviendo el polinomio: $x^{101} – 3x^{100} + 2x^{99} + x^{98} – 3x^{97} + 2x^{96} + \cdots + x^2 – 3x + 2 = 0$

El verdadero problema es encontrar el producto de todas las raíces reales de la ecuación,estoy atascado con su factorización:

$$x^{101} – 3x^{100} + 2x^{99} + x^{98} – 3x^{97} + 2x^{96} + \cdots + x^2 – 3x + 2 = 0$$

Por sólo una suposición me di cuenta de que $(x^2 – 3x + 2)$ es uno de los factores y, a continuación, dividir toda la cosa, llegamos $(x^{99}+x^{96}+x^{93} + \cdots + 1)$ ya que el otro factor , pero yo realmente no sé cómo resolver en aquellos en donde las adivinanzas no funciona! ¿Tenemos algún truco para la factorización de este tipo de grandes polinomio?

También no estoy seguro de cómo encontrar las raíces de $(x^{99}+x^{96}+x^{93} + \cdots + 1)=0$,por lo que cualquier ayuda en este sentido será apreciado.

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Xenph Yan Puntos 20883

Tenga en cuenta que $$t^{34}-1=(t^{33}+t^{31}+\cdots+t+1)(t-1)$$ y así, sustituyendo $t=x^3$, obtenemos $$x^{102}-1=(x^{99}+x^{96}+\cdots+x^3+1)(x^3-1)$$ Por lo que cualquier raíz real de $x^{99}+x^{96}+\cdots+x^3+1$ será una raíz real de $x^{102}-1$ (y aquellos que deberían ser fáciles de encontrar). Pero tenga en cuenta que, por ejemplo, $1$ es una raíz real de $x^{102}-1$, pero no es una raíz de $x^{99}+x^{96}+\cdots+x^3+1$, ya que el $34=1+1+\cdots+1\neq0$. Así, una vez que encuentre las raíces reales de $x^{102}-1$ y determinar cual de ellos es, de hecho, a raíz de la $x^{99}+x^{96}+\cdots+x^3+1$, se puede combinar con las verdaderas raíces de $x^2-3x+2=(x-1)(x-2)$ para obtener la respuesta.

Para factorizar $x^{99}+x^{96}+\cdots+x^3+1$ en irreducibles sobre $\mathbb{Z}$ (lo que, resulta, es equivalente a la factorización en irreducibles sobre $\mathbb{Q}$ en este caso), usamos el hecho de que $$x^{99}+x^{96}+\cdots+x^3+1=\frac{x^{102}-1}{x^3-1}$$ combinado con el hecho de que $$x^{102}-1=\prod_{d\mid 102}\Phi_d(x)=\Phi_{102}(x)\Phi_{51}(x)\Phi_{34}(x)\Phi_{17}(x)\Phi_6(x)\Phi_3(x)\Phi_2(x)\Phi_1(x)$$ donde $\Phi_d(x)$ es el $d$th cyclotomic polinomio. El cyclotomic polinomios son todos irreductible $\mathbb{Q}$. Cualquier polinomio irreducible en $\mathbb{R}[x]$, sin embargo, es un lineal $x-a$$a\in\mathbb{R}$, o una ecuación cuadrática $x^2+ax+b$ que $a^2-4b<0$. La factorización en irreducibles sobre $\mathbb{R}$ es sólo $(x-1)$, $(x+1)$, y luego un montón de cuadráticas $$x^2-(\zeta_{102}^k+\overline{\zeta_{102}}^k)x+1=(x-\zeta_{102}^k)(x-\overline{\zeta_{102}}^k)$$ donde $\zeta_{102}$ es una primitiva $102$th raíz de la unidad y de la $0<k<51$.

Por supuesto, la factorización en irreducibles sobre $\mathbb{C}$ es sólo $$(x-1)(x-\zeta_{102})(x-\zeta_{102}^2)\cdots(x-\zeta_{102}^{50})(x+1)(x-\zeta_{102}^{52})\cdots(x-\zeta_{102}^{101})$$ Wolfram Alpha tiene una impresión agradable con el conjugado de a pares, puede ser útil.

6voto

palehorse Puntos 8268

En lo que respecta a la primera parte de su pregunta ("wild adivinar"), el punto es destacar que el polinomio se puede expresar como la suma de tres polinomios, la agrupación mismos coeficientes:

$$ P(x)= x^{101} – 3x^{100} + 2x^{99} + x^{98} – 3x^{97} + 2x^{96} + \cdots + x^2 – 3x + 2 = Un(x)+B(x)+C(x)$$

con

$$\begin{eqnarray} A(x) &= x^{101} + x^{98} + \cdots + x^2 &= x^2 (x^{99} + x^{96} + \cdots + 1) \\ B(x) &= - 3 x^{100} -3 x^{97} - \cdots -3 x &= - 3 x (x^{99} + x^{96} + \cdots + 1)\\ C(x) &= 2 x^{99} + 2 x^{96} + \cdots + 2 &= 2 (x^{99} + x^{96} + \cdots + 1) \\ \end{eqnarray} $$

por lo $$P(x) = (x^2 - 3x +2) (x^{99} + x^{96} + \cdots + 1) $$

y la aplicación de la geométrica finita fórmula de la suma:

$$P(x)=(x^2 - 3x +2) ({(x^{3})}^{33} + {(x^{3})}^{32} + \cdots + 1) = (x^2 - 3x +2) \frac{x^{102}-1}{x^3-1} $$

Como Andre notas en los comentarios, su "adivinando" fue dictada por la peculiar estructura del polinomio, no puedes esperar que un general de adivinanzas receta...

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