Question Number 101658 by mathocean1 last updated on 03/Jul/20 | ||
$${solve}\:{in}\:\mathbb{R} \\ $$$${x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{4}{x}−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$ | ||
Answered by 1549442205 last updated on 04/Jul/20 | ||
$$\left(\mathrm{Please},\mathrm{get}\:\mathrm{his}\:\mathrm{permission}\:\mathrm{to}\:\mathrm{submit}\:\mathrm{the}\right. \\ $$$$\left.\mathrm{way}\:\mathrm{that}\:\mathrm{he}\:\mathrm{made}\:\mathrm{for}\:\mathrm{the}\:\mathrm{eqs}\:\mathrm{of}\:\mathrm{that}\:\mathrm{type}\:\right) \\ $$$$\:\mathrm{we}\:\mathrm{find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{roots}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{4x}−\mathrm{1}=\mathrm{0}\left(\mathrm{1}\right) \\ $$$$\mathrm{in}\:\mathrm{the}\:\mathrm{form}\:\mathrm{x}=−\left(\mathrm{m}+\mathrm{n}\right)\Rightarrow\mathrm{x}+\mathrm{m}+\mathrm{n}=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{n}^{\mathrm{3}} −\mathrm{3mnx}=\mathrm{0}\left(\mathrm{2}\right).\mathrm{From}\:\left(\mathrm{1}\right),\left(\mathrm{2}\right)\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$$\begin{cases}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{n}^{\mathrm{3}} =−\mathrm{1}}\\{\mathrm{mn}==\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}}\end{cases}\:\Leftrightarrow\begin{cases}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{n}^{\mathrm{3}} =−\mathrm{1}}\\{\mathrm{m}^{\mathrm{3}} \mathrm{n}^{\mathrm{3}} =\frac{\mathrm{64}}{\mathrm{27}}}\end{cases} \\ $$$$\Rightarrow\left(\mathrm{m}^{\mathrm{3}} −\mathrm{n}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} =\left(\mathrm{m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{n}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4m}^{\mathrm{3}} \mathrm{n}^{\mathrm{3}} =\mathrm{1}−\frac{\mathrm{256}}{\mathrm{27}}=\frac{\mathrm{i}^{\mathrm{2}} ×\mathrm{229}}{\mathrm{27}} \\ $$$$\Rightarrow\begin{cases}{\mathrm{m}^{\mathrm{3}} +\mathrm{n}^{\mathrm{3}} =−\mathrm{1}}\\{\mathrm{m}^{\mathrm{3}} −\mathrm{n}^{\mathrm{3}} =\mathrm{i}.\sqrt{\frac{\mathrm{229}}{\mathrm{27}}\:}}\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}{\mathrm{m}=\:^{\mathrm{3}} \sqrt{\frac{−\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\frac{\mathrm{229}}{\mathrm{27}}}}{\mathrm{2}}\:}}\\{\mathrm{n}=\:^{\mathrm{3}} \sqrt{\frac{−\mathrm{1}−\mathrm{i}\sqrt{\frac{\mathrm{229}}{\mathrm{27}}}}{\mathrm{2}}\:}}\end{cases} \\ $$$$\mathrm{Consider}\:\mathrm{complex}\:\mathrm{z}=\frac{−\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\frac{\mathrm{229}}{\mathrm{27}}}}{\mathrm{2}}.\mathrm{Re}\left(\mathrm{z}\right)=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\mathrm{Im}\left(\mathrm{z}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\sqrt{\frac{\mathrm{229}}{\mathrm{3}}} \\ $$$$\mathrm{arg}\left(\mathrm{z}\right)=\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{229}}{\mathrm{108}}}=\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{6}\sqrt{\mathrm{3}}}=\frac{\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\Rightarrow\mathrm{z}=\frac{\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\left(\mathrm{cos}\left(\varphi+\mathrm{2k}\pi\right)+\mathrm{isin}\left(\varphi+\mathrm{2k}\pi\right)\right) \\ $$$$\mathrm{where}\:\mathrm{cos}\varphi=\frac{−\mathrm{9}}{\mathrm{16}\sqrt{\mathrm{3}}}=\frac{−\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{16}}.\mathrm{Then} \\ $$$$\mathrm{m}=\:^{\mathrm{3}} \sqrt{\frac{\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}}\:×\left(\mathrm{cos}\left(\varphi+\mathrm{2k}\pi\right)+\mathrm{isin}\left(\varphi+\mathrm{2k}\pi\right)\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{cos}\frac{\varphi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{3}}+\mathrm{isin}\frac{\varphi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{3}}\right)\left(\mathrm{k}=\mathrm{0},\mathrm{1},\mathrm{2}\right) \\ $$$$\mathrm{n}=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{cos}\frac{\varphi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{3}}−\mathrm{isin}\frac{\varphi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{3}}\right)\left(\mathrm{k}=\mathrm{0},\mathrm{1},\mathrm{2}\right) \\ $$$$\mathrm{x}=−\left(\mathrm{m}+\mathrm{n}\right)=−\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\mathrm{cos}\frac{\varphi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{k}=\mathrm{0},\mathrm{1},\mathrm{2}\right) \\ $$$$\left.\boldsymbol{\mathrm{i}}\right)\boldsymbol{\mathrm{for}}\:\boldsymbol{\mathrm{k}}=\mathrm{0}\:\boldsymbol{\mathrm{we}}\:\boldsymbol{\mathrm{get}}\:\boldsymbol{\mathrm{x}}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\:\mathrm{3}}\boldsymbol{\mathrm{cos}}\frac{\boldsymbol{\varphi}}{\mathrm{3}}=\frac{−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\boldsymbol{\mathrm{cos}}\frac{\boldsymbol{\mathrm{arccos}}\frac{−\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{16}}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\left.\boldsymbol{\mathrm{ii}}\right)\boldsymbol{\mathrm{for}}\:\boldsymbol{\mathrm{k}}=\mathrm{2}\:\boldsymbol{\mathrm{we}}\:\boldsymbol{\mathrm{get}}\:\boldsymbol{\mathrm{x}}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\:\mathrm{3}}\boldsymbol{\mathrm{cos}}\frac{\boldsymbol{\varphi}+\mathrm{2}\boldsymbol{\pi}}{\mathrm{3}}=\frac{−\sqrt{\mathrm{3}}}{\:^{\mathrm{3}} \sqrt{\mathrm{2}}}\boldsymbol{\mathrm{cos}}\frac{\boldsymbol{\mathrm{arccos}}\frac{−\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{16}}+\mathrm{2}\boldsymbol{\pi}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\left.\boldsymbol{\mathrm{iii}}\right)\boldsymbol{\mathrm{for}}\:\boldsymbol{\mathrm{k}}=\mathrm{3}\:\boldsymbol{\mathrm{we}}\:\boldsymbol{\mathrm{get}}\:\boldsymbol{\mathrm{x}}_{\mathrm{3}} =\frac{−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\:\mathrm{3}}\boldsymbol{\mathrm{cos}}\frac{\boldsymbol{\mathrm{arccos}}\frac{−\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{16}}+\mathrm{4}\boldsymbol{\pi}}{\mathrm{3}} \\ $$ | ||
Commented by 1549442205 last updated on 07/Jul/20 | ||
$$\mathrm{Great},\mathrm{thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{Sir}. \\ $$ | ||