2013年8月6日火曜日

-1の7乗根(3次方程式の解の公式)

-1の7乗根「リゾルベントの値」のつづき

リゾルベントの値がわかったので,リゾルベントと解との関係>「ラグランジュ・リゾルベント」
\(3\alpha=\omega^2 L_{1}+\omega L_{2}\)
\(3\beta=\omega L_{1}+\omega^2 L_{2}\)
\(3\gamma=L_{1}+L_{2}\)
から,
\(\alpha=\frac{1}{3}\left(\omega^2 L_{1}+\omega L_{2}\right)\)
\(\beta=\frac{1}{3}\left(\omega L_{1}+\omega^2 L_{2}\right)\)
\(\gamma=\frac{1}{3}\left(L_{1}+L_{2}\right)\)
だから,
\(\alpha=\frac{1}{3}\left(\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =0.335126+0i\)
\(\beta=\frac{1}{3}\left(\omega \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =-4.74094+0i\)
\(\gamma=\frac{1}{3}\left(\left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =4.40581+0i\)
とういことで,実根が3つである.

この3つの実根はチルンハウス変換で,元の方程式から2次の項がなくなるように,変形した方程式.
\(y^3-\frac{7}{3}y+\frac{7}{27}=0\)
の解である.>以前の記事「ラグランジュ・リゾルベント」

チルンハウス変換の前の方程式は
\(t=y+\frac{1}{3}\)
とした t の方程式
\(t^3-t^2-2t+1=0\)
である.>以前の記事「-1 の7乗根」

この解はα,β,γ に 1/3 を足したもので,
\(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =0.668459+ 0i\)
\(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\omega \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =-4.407619+ 0i\)
\(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =4.73915+ 0i\)

最後に,t の方程式は x の方程式
\(x^6-x^5+x^4-x^3+x^2-x+1=0\)
において,
\(x+\frac{1}{x}=t\)
と置いたものである.
この式の両辺を x 倍して,
\(x^2+1=tx\)
2次方程式
\(x^2-tx+1=0\)
の解が,-1の7乗根となる.
t に3つの解を代入すれば,それぞれ,虚数解が2個ずつ求まり,-1 以外の -1 の7乗根が6個求まる.
t のまま2次方程式を解くと,
\(x=\frac{t\pm\sqrt{t^2-4}}{2}\)

\(t=\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =0.668459+ 0i\)
のとき.
\(x=\frac{1}{6}+\frac{1}{6}\left(\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ \pm\frac{1}{2}\sqrt{\left(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\right)^2-4}\\ =0.222521\pm0.974928i\\ =\cos\frac{3\pi}{7}\pm\sin\frac{3\pi}{7}\)
なので,-1 の7乗根になっている.

\(t=\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\omega \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =-4.407619+ 0i\)
のとき.
\(x=\frac{1}{6}+\frac{1}{6}\left(\omega \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ \pm\frac{1}{2}\sqrt{\left(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\omega \left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\omega^2 \left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\right)^2-4}\\ =-0.62349\pm0.781831i\\ =\cos\frac{5\pi}{7}\pm\sin\frac{5\pi}{7}\)

\(t=\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ =-4.407619+ 0i\)
のとき.
\(x=\frac{1}{6}+\frac{1}{6}\left(\left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\\ \pm\frac{1}{2}\sqrt{\left(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\left(\left(\frac{7}{2}(-1+3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}+\left(\frac{7}{2}(-1-3\sqrt{3}i)\right)^{\frac{1}{3}}\right)\right)^2-4}\\ =0.900969\pm0.433884i\\ =\cos\frac{\pi}{7}\pm\sin\frac{\pi}{7}\)

以上,-1の6個の虚数7乗根を,四則と冪根で表してみた.

-1の7乗根という具体的な方程式を解いたが,t の方程式を ax^3+bx^2+cx+d=0 とおいて同じ手順をたどれば,3次方程式の解の公式が得られる.

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