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Deje $p(x)$ ser un real $7$ grado del polinomio con $p(\pi)=\sqrt 3$$\int_{-\pi}^{\pi}x^k p(x)=0$$0\le k\le 6$. Encontrar$p(0)$$p(-\pi)$.

P: Vamos a $p(x)$ ser un real $7$ grado del polinomio con $p(\pi)=\sqrt 3$$\int_{-\pi}^{\pi}x^k p(x)=0$$0\le k\le 6$. Encontrar$p(0)$$p(-\pi)$.

Deje $p(x)=a_0 + a_1 x+ a_2 x^2+ a_3 x^3+...+a_7 x^7.$

A continuación, podemos acercarnos a este problema mediante la evaluación de la integral definida dada en la pregunta para cada una de las $k$, por lo tanto, dándonos $7$ ecuaciones en $8$ variables $a_0, a_1,...,a_7$. Tenemos octavo ecuación mediante dada la condición de $p(\pi)=\sqrt 3$.

De esta manera tenemos $8$ ecuaciones con $8$ incógnitas. Nos formulario siguiente sistema de ecuaciones,

$$ \left(\begin{matrix} 1 & 0 & \frac {{\pi}^2}3 & 0 & \frac {{\pi}^4}5 & 0 & \frac {{\pi}^6}7 & 0 \\ 0 & \frac 13 & 0 & \frac {{\pi}^2}5 & 0 & \frac {{\pi}^4}7 & 0 & \frac {{\pi}^6}9 \\ \frac 13 & 0 & \frac {{\pi}^2}5 & 0 & \frac {{\pi}^4}7 & 0 & \frac {{\pi}^6}9 & 0 \\ 0 & \frac 15 & 0 & \frac {{\pi}^2}7 & 0 & \frac {{\pi}^4}9 & 0 & \frac {{\pi}^6}{11} \\ \frac 15 & 0 & \frac {{\pi}^2}7 & 0 & \frac {{\pi}^4}9 & 0 & \frac {{\pi}^6}{11} & 0 \\ 0 & \frac 17 & 0 & \frac {{\pi}^2}9 & 0 & \frac {{\pi}^4}{11} & 0 & \frac {{\pi}^6}{13} \\ \frac 17 & 0 & \frac {{\pi}^2}9 & 0 & \frac {{\pi}^4}{11} & 0 & \frac {{\pi}^6}{13} & 0 \\ 1 & \pi & \pi^2 & \pi^3 & \pi^4 & \pi^5 & \pi^6 & \pi^7 \end{de la matriz}\right) \cdot \left(\begin{matrix} a_0 \\ a_1 \\ a_2 \\ a_3 \\ a_4 \\ a_5 \\ a_6 \\ a_7 \\ \end{de la matriz}\right)= \left(\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ \sqrt 3 \\ \end{de la matriz}\right)$$ Si podemos resolver este sistema de ecuaciones, obtenemos los valores de $a_i$s. De esta manera hemos identificado el polinomio $p(x)$. Una vez que hemos identificado el polinomio es fácil calcular el $p(0)$$p(-\pi)$. Tenga en cuenta que $p(0)=a_0$.

Pero este enfoque es muy larga. Es allí una manera más rápida?

13voto

De una manera.

Considere el espacio vectorial $V$ de los polinomios de grado $\le7$. Sabemos de álgebra lineal que $\dim V=8$ $\{1,x,x^2,\ldots,x^7\}$ es una base.

También sabemos que el subespacio $U$ atravesado por $\{1,x,\ldots,x^6\}$ tiene dimensión siete. Además, saber que $$ (f,g)=\int_{-\pi}^\pi f(x)g(x)\,dx $$ es un producto interior en $V$.

Teniendo en cuenta todo esto, las condiciones $(p(x),x^k)=0$, $k=0,1,2\ldots,6$, definir el complemento ortogonal $$U^\perp =\{f(x)\in V\mid (f,g)=0\,\forall g\in U\}$$ of $U$ in $V$. The orthogonal complements have complementary dimensions, so $\dim U^\asesino=8-7=1$. Thus $U^\asesino$ is spanned by a single polynomial $p(x)$. Because $p(x)\noen U$, we know that $\deg p(x)=7$.

La batería, por favor.

Pero si $f(x)\in U^\perp$$f(-x)$. Esto es debido a la sustitución de $x\mapsto -x$ nos da $$(f(-x),x^k)=(f(x),(-x)^k)=(-1)^k(f(x),x^k)=0$$ para todos los $k=0,1,2,\ldots,6$.

Por lo $p(-x)\in U^\perp$ y, por tanto, $p(-x)=\lambda p(x)$ para algunas constantes $\lambda\neq0$. Una comparación de los principales coeficientes de $p(x)$$p(-x)$, a continuación, las hojas de $\lambda=-1$ como la única posibilidad.

Por lo tanto, cualquier polinomio $p(x)\in U^\perp$ es impar. Es decir, $p(-x)=-p(x)$ todos los $x$. En consecuencia,$p(0)=0$$p(-\pi)=-p(\pi)$.

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