2009년 11월 05일
이 방정식을 어떻게 구할까..

한분께 질문드렸는데.. 이정도가 나오네요.
고1문제 가 맞는지 원 ㄷㄷ.. 1번문제인데
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x^2 - x + a = 0 의 두 근이 모두 x^13 + x + 90 = 0 을 만족해야합니다.
먼저 x^2 - x + a = 0 이 실근을 갖는다고 가정하면,
a = 0 일때는 x = 0 이 해 중의 하나가 됩니다. x^13 + x + 90 = 0 을 만족해야하는데 그렇지 않습니다.
따라서 a > 0 또는 a < 0 입니다.
a > 0 이면 근과 계수와의 관계에서 두 근을 곱한 것이 양수이므로 두 근의 부호가 같습니다.
두 근의 합이 1 이어야 하므로 두 근은 양수여야 합니다.
하지만 x^13 + x + 90 = 0 은 양수의 근을 갖지 않습니다.
a < 0 이면 두 근의 곱이 음수이므로 양수인 근이 존재합니다. x^13 + x + 90 = 0 은 양수의 근을 갖지 않습니다.
따라서 x^2 - x + a = 0 은 실근을 갖지 않으므로 두 켤레 허수를 해로 갖습니다.
두 근을 p + qi, p - qi, p, q는 실수 라고 하면,
두 근이 실수가 아니므로 q는 0이 아닙니다. +, - 모두 있으므로 q > 0 으로 두어도 일반성을 잃지 않습니다.
그리고 둘을 더한 2p = 1 입니다.
따라서 두 근을 x = 1/2 + qi, 1/2 - qi, q > 0 으로 둘 수 있습니다.
따라서 두 근의 곱 (1/2 + qi)*(1/2 - qi)
일단 (1/2 + qi)^13 + 1/2 + qi + 90 = 0 을 만족해야 합니다.
(1/2 + qi)^13 = sigma(k=0 to 13) { 13Ci * (1/2)^k * (qi)^(13-k) }
이 중에서 허수만 골라내봅니다. k가 짝수인 것들입니다.
13C0*(1/2)^0*(qi)^13 +
13C2*(1/2)^2*(qi)^11 +
13C4*(1/2)^4*(qi)^9 +
13C6*(1/2)^6*(qi)^7 +
13C8*(1/2)^8*(qi)^5 +
13C10*(1/2)^10*(qi)^3 +
13C12*(1/2)^12*(qi)^1 =
i*(q^13 - (78/4)q^11 + (715/16)q^9 - (1716/64)q^7 + (1287/256)q^5 - (286/1024)q^3 + (13/4096)q)
따라서 x^13 + x + 90 의 허수부는,
(q^13 - (78/4)q^11 + (715/16)q^9 - (1716/64)q^7 + (1287/256)q^5 - (286/1024)q^3 + (13/4096)q) + q
입니다. 이 값이 0이어야 합니다.
(q^13 - (78/4)q^11 + (715/16)q^9 - (1716/64)q^7 + (1287/256)q^5 - (286/1024)q^3 + (13/4096)q) + q = 0
q > 0 이므로 양 변을 q로 나누고 정리하면,
q^12 - (78/4)q^10 + (715/16)q^8 - (1716/64)q^6 + (1287/256)q^4 - (286/1024)q^2 + (4109/4096) = 0
q^2 = Q 로 놓고 다시 정리해보면,
Q^6 - (78/4)Q^5 + (715/16)Q^4 - (1716/64)Q^3 + (1287/256)Q^2 - (286/1024)Q + (4109/4096) = 0
4109 = 7*587 로 소인수분해 되는 점, Q의 분모가 4 면 모두 분모가 4096 이 되는 점을 힌트로 Q = 7/4 를 넣어봅니다.
(7^6 - 78*7^5 + 715*7^4 - 1716*7^3 + 1287*7^2 - 286*7 + 4109)/4096 = 0
7의 거듭제곱끼리 잘 묶어서 계산하면 조금 시간이 걸리긴 하지만 0인 것을 확인하실 수 있습니다.
따라서 Q = 7/4 가 해입니다. 이제 조립제법을 해보면,
(Q-7/4)( Q^5 - (71/4)Q^4 + (218/16)Q^3 - (190/64)Q^2 - (43/256)Q - (587/1024) ) = 0
오른쪽 것은 어떻게 해야할지 감이 잡히지 않습니다. 일단 뒤에서 생각해보기로 하고 Q = 7/4 인 경우 먼저 봅니다.
Q = q^2 = 7/4 이고 q > 0 이므로 q = √7/2 입니다.
이제 실수부를 계산해보면 k가 홀수인 것들입니다.
13C1*(1/2)^1*((√7/2)i)^12 +
13C3*(1/2)^3*((√7/2)i)^10 +
13C5*(1/2)^5*((√7/2)i)^8 +
13C7*(1/2)^7*((√7/2)i)^6 +
13C9*(1/2)^9*((√7/2)i)^4 +
13C11*(1/2)^11*((√7/2)i)^2 +
13C13*(1/2)^13*((√7/2)i)^0 =
(13*7^6 - 286*7^5 + 1287*7^4 - 1716*7^3 + 715*7^2 - 78*7 + 1)/8192 = -741376/8192 = -181/2
따라서 실수부는 -181/2 + 1/2 + 90 = 0
만족합니다.
x^2 - x + a = 0 의 두 근이 1/2 + (√7/2)i, 1/2 - (√7/2)i 입니다.
두 근의 곱 a = (1/2)^2 + (√7/2)^2 = 8/4 = 2 입니다.
a = 2 인 것 하나는 구했습니다.
저 위의 Q^5 - (71/4)Q^4 + (218/16)Q^3 - (190/64)Q^2 - (43/256)Q - (587/1024) = 0 은 어떻게 해결해야할지 고민을 좀 해봐야겠습니다.
<끝>
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# by | 2009/11/05 23:32 | 수학&과학[Math&Science] | 트랙백 | 덧글(0)








