题目
Problem
The cubic equation 27x3+18x2+6x−1=0 has roots α, β, γ.
(a) Show that a cubic equation with roots 3α+1, 3β+1, 3γ+1 is
y3−y2+y−2=0.
(3)
The sum (3α+1)n+(3β+1)n+(3γ+1)n is denoted by Sn.
(b) Find the values of S2 and S3.
(4)
(c) Find the values of S−1 and S−2.
(3)
题目中文翻译
三次方程 27x3+18x2+6x−1=0 的根为 α、β、γ。
(a) 证明,以 3α+1、3β+1、3γ+1 为根的一个三次方程是
y3−y2+y−2=0.
(3)
和式 (3α+1)n+(3β+1)n+(3γ+1)n 记为 Sn。
(b) 求 S2 和 S3 的值。
(4)
(c) 求 S−1 和 S−2 的值。
(3)
原卷通用作答要求
Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.
You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.
Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.
请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。
解答
(a)
解法一
思路
展开
新根与原根是一次关系,直接反解x再代回三次方程,完整展开得到目标式。
答题过程
展开
Put y=3x+1, so x=(y−1)/3. Substituting into the original cubic gives
0====27(3y−1)3+18(3y−1)2+6(3y−1)−1(y−1)3+2(y−1)2+2(y−1)−1y3−3y2+3y−1+2y2−4y+2+2y−2−1y3−y2+y−2.
Therefore the required cubic is y3−y2+y−2=0.
(b)
解法一
思路
展开
对三个新根用韦达定理。平方和用恒等式,立方和通过新方程降幂。
答题过程
展开
Let the new roots be u,v,w. From (a),
u+v+w=1,uv+vw+wu=1,uvw=2.
Hence
S2==(u+v+w)2−2(uv+vw+wu)1−2=−1.
Each new root satisfies y3=y2−y+2, so summing gives
S3=S2−S1+6=−1−1+6=4.
(c)
解法一
思路
展开
新根积非零,可用倒数和公式。将新三次式除以y平方后求和,直接得倒数平方和。
答题过程
展开
Since uvw=2=0, the reciprocal roots are defined and
S−1=uvwuv+vw+wu=21.
Dividing y3−y2+y−2=0 by y2 gives
2y−2=y−1+y−1.
Summing over the three roots,
2S−2=S1−3+S−1=1−3+21=−23,
so S−2=−43.
解法二
思路
展开
也可把三个倒数看成新的一组数,分别求其一次和与二次对称和,再用平方和恒等式。
答题过程
展开
Using u+v+w=1, uv+vw+wu=1 and uvw=2,
S−1==u1+v1+w1uvwuv+vw+wu=21.
The pairwise product sum of the reciprocals is
uv1+vw1+wu1=uvwu+v+w=21.
Therefore
S−2==S−12−2(uv1+vw1+wu1)41−1=−43.