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数学bot (https://twitter.com/mathematics_bot) の解答を作ってみるブログ。 投稿されたオリジナル問題を中心に。各出題者ごとの問題採番はバルム氏のまとめ(http://balm.web.fc2.com/mathmatics.pdf)に準じています。
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A×B=x^8+4x^7+8x^6+16x^5+2x^4+4x^3-8x^2+1、A+B=2x^4+4x^3+8x^2+2とする。
1)xが実数ならば(A+B)^2≧4ABを示せ。
2)|A-B|を求めよ。
3)A=0なる複素数xを全て求めよ。(cruz__F様)

1)
(A+B)^2 - 4AB
 = 4x^8 + 16x^7 + 48x^6 + 64x^5 + 72x^4 + 16x^3 + 32x^2 + 4
      - (4x^8 + 16x^7 + 32x^6 + 64x^5 + 8x^4 + 16x^3 - 32x^2 + 4)
 = 16x^6 + 64x^4 + 64x^2
 = {4x(x^2+2)}^2 ≧ 0
よって示された。

2)
| A-B |^2 = {4x(x^2+2)}^2 より
| A-B | = | 4x(x^2+2) | = | 4x^3 + 8x |
(xが実数とは限らないので右辺の絶対値記号は外すことができるとは限らない)

3)
A = { (A+B) + (A-B) } / 2 である。

(i)
A-B = 4x^3 + 8x のとき
A = x^4 + 4x^3 + 4x^2 + 4x + 1

A=0 とすると
x^4 + 4x^3 + 6x^2 + 4x + 1 = 2x^2
(x+1)^4 = 2x^2
(x+1)^2 = ±√2x
x^2 + (2±√2)x +1

∴ x= ( -2-√2 ± (√(2+4√2)) ) /2, ( -2+√2 ± (√(2-4√2)) )/2

(ii)
A-B = - 4x^3 - 8x のとき
A = x^4 + 4x^2 - 4x + 1

A=0 とすると
x^4 + (2x-1)^2 = 0
x^2 ± (2x-1)i = 0
x = - i ± √(-1+i), i ± √(-1-i)

√(-1+i)= √(2√2-2)/2 + √(2√2+2)/2 i
√(-1+i)= - √(2√2-2)/2 + √(2√2+2)/2 i なので

∴ x = √(2√2-2)/2 ± {2-√(2√2+2)}/2 i, - √(2√2-2)/2 ± {2+√(2√2+2)}/2 i
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