题目
Problem
5. The quadratic equation
2x2−3x+5=0
has roots α and β
Without solving the equation,
(a) write down the value of (α+β) and the value of αβ
(1)
(b) determine the value of
(i) α2+β2
(ii) α3+β3
(4)
(c) find a quadratic equation which has roots
(α3−β)
and
(β3−α)
giving your answer in the form px2+qx+r=0 where p, q and r are integers to be determined.
(5)
题目中文翻译
- 二次方程
2x2−3x+5=0
的根为 α 和 β。
不解方程,
(a) 写出 (α+β) 和 αβ 的值。
(1)
(b) 求下列各式的值
(i) α2+β2
(ii) α3+β3
(4)
(c) 求一个二次方程,使其根为
(α3−β)
和
(β3−α)
答案写成 px2+qx+r=0 的形式,其中 p、q 和 r 是待定整数。
(5)
解答
(a)
解法一
思路
展开
使用二次方程的根与系数关系:根的和为一次项系数的相反数除以二次项系数,根的积为常数项除以二次项系数。
答题过程
展开
For 2x2−3x+5=0,
α+β=αβ=23,25.
(b)(i)
解法一
思路
展开
将平方和写成 (α+β)2−2αβ,再代入 (a) 的结果。
答题过程
展开
α2+β2====(α+β)2−2αβ(23)2−2(25)49−5−411.
(b)(ii)
解法一
思路
展开
由立方和恒等式
=α3+β3(α+β)3−3αβ(α+β),
直接使用 (a) 的根和与根积。
答题过程
展开
====α3+β3(α+β)3−3αβ(α+β)(23)3−3(25)(23)827−890−863.
(c)
解法一
思路
展开
设新方程的两根为 u=α3−β、v=β3−α。先利用 (a)、(b) 求 u+v;求 uv 时展开,并用
=α4+β4(α2+β2)2−2(αβ)2
化简。最后按新两根的和与积建立方程:
x2−(u+v)x+uv=0,
再清除分母。
答题过程
展开
Let
u=v=α3−β,β3−α.
Using parts (a) and (b),
u+v===α3+β3−(α+β)−863−23−875.
Also,
====α4+β4(α2+β2)2−2(αβ)2(−411)2−2(25)216121−16200−1679.
Therefore,
=====uv(α3−β)(β3−α)(αβ)3−(α4+β4)+αβ(25)3−(−1679)+2516250+79+4016369.
Hence the required quadratic equation is
x2−(u+v)x+uv=x2+875x+16369=0,0.
Multiplying by 16 gives
16x2+150x+369=0.
解法二
思路
展开
将根和的四次方展开,再移去混合项,得到四次和。这样只需要 (a)、(b)(i) 中的根和、根积与平方和,便可求出新两根的积。
答题过程
展开
Let u=α3−β and v=β3−α. As in the first method,
u+v=−875.
Expanding the fourth power gives
=(α+β)4α4+β4+4αβ(α2+β2)+6α2β2.
Hence
====α4+β4(α+β)4−4αβ(α2+β2)−6(αβ)2(23)4−4(25)(−411)−6(25)21681+16440−16600−1679.
Expanding the product of the new roots,
=====uv(α3−β)(β3−α)(αβ)3−(α4+β4)+αβ(25)3−(−1679)+2516250+79+4016369.
Therefore the required equation is
x2+875x+16369=0.
Multiplying by 16 gives
16x2+150x+369=0.
解法三
思路
展开
把立方和与根和相乘,展开后除了四次和,剩下的项可用根积乘平方和表示。这样可以直接承接 (b) 的两个结果。
答题过程
展开
Again let u=α3−β and v=β3−α, so that
u+v=−875.
Now
==(α3+β3)(α+β)α4+α3β+αβ3+β4α4+β4+αβ(α2+β2).
Rearranging and using parts (a) and (b),
====α4+β4(α3+β3)(α+β)−αβ(α2+β2)(−863)(23)−(25)(−411)−16189+16110−1679.
Therefore,
===uv(αβ)3−(α4+β4)+αβ(25)3−(−1679)+2516369.
Using the sum and product of u,v, the quadratic equation is
x2+875x+16369=0,
or, with integer coefficients,
16x2+150x+369=0.