Question Number 72026 by mathmax by abdo last updated on 23/Oct/19
$${prove}\:{that}\:{x}^{\mathrm{4}} \:{divide}\:\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)^{{n}} −{nx}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:\:{without}\:{use}\:\:{binomial} \\ $$$${formula}. \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 24/Oct/19
$${let}\:{P}_{{n}} \left({x}\right)=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)^{{n}} −{nx}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:{let}\:{prove}\:{that}\:{x}^{\mathrm{4}} \:{divide}\:{P}_{{n}} \left({x}\right) \\ $$$${by}\:{recurrence}\:\:{n}=\mathrm{0}\:\Rightarrow{P}_{{n}} \left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{1}−\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\:{and}\:{x}^{\mathrm{4}} \:{divide}\:\mathrm{0} \\ $$$${let}\:{suppose}\:{x}^{\mathrm{4}} \:{divide}\:{P}_{{n}} \left({x}\right)\:\Rightarrow\:\exists\:{Q}\:\in{R}\left[{x}\right]\:/{P}_{{n}} \left({x}\right)={x}^{\mathrm{4}} {Q}\left({x}\right) \\ $$$${we}\:{have}\:{P}_{{n}+\mathrm{1}} \left({x}\right)=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)^{{n}+\mathrm{1}} −\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)^{{n}} −\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\left({P}_{{n}} \left({x}\right)+{nx}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)−\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){P}_{{n}} \left({x}\right)+{nx}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)+\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} −{nx}^{\mathrm{2}} −{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){P}_{{n}} \left({x}\right)+{nx}^{\mathrm{4}} \:\:=\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\left({x}^{\mathrm{4}} {Q}\left({x}\right)\right)\:+{nx}^{\mathrm{4}} \\ $$$$={x}^{\mathrm{4}} \left\{\:\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){Q}\left({x}\right)\:+{n}\right\}\:\Rightarrow{x}^{\mathrm{4}} \:{divide}\:{P}_{{n}+\mathrm{1}} \left({x}\right)\:{so}\:{the}\:{result}\:{is} \\ $$$${proved}. \\ $$
Answered by mind is power last updated on 23/Oct/19
$$\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}} −\mathrm{nx}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{for}\:\mathrm{n}=\mathrm{0}\:,\mathrm{n}=\mathrm{1},\mathrm{n}=\mathrm{2}\:\mathrm{juste}\:\mathrm{evaluate} \\ $$$$\mathrm{for}\:\mathrm{n}\geqslant\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{p}\left(\mathrm{x}\right)=\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}} −\mathrm{nx}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{p}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{p}'\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{2xn}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} −\mathrm{2nx} \\ $$$$\mathrm{p}'\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{p}''\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{2n}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} +\mathrm{4x}^{\mathrm{2}} \mathrm{n}\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}−\mathrm{2}} −\mathrm{2n} \\ $$$$\mathrm{p}''\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{2n}−\mathrm{2n}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{p}'''\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{4nx}\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}−\mathrm{2}} +\mathrm{8xn}\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}−\mathrm{2}} +\mathrm{8x}^{\mathrm{3}} \mathrm{n}\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{n}−\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}−\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{p}'''\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{taylor}\:\mathrm{formula} \\ $$$$\mathrm{p}\left(\mathrm{x}\right)=\underset{\mathrm{k}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{2n}} {\sum}}\mathrm{p}^{\left(\mathrm{k}\right)} \left(\mathrm{0}\right).\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}!}=\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{4}} \mathrm{p}^{\left(\mathrm{4}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{4}!}+…. \\ $$$$=\mathrm{x}^{\mathrm{4}} \left(.\mathrm{Q}\left(\mathrm{x}\right)\right) \\ $$$$\mathrm{Q}\left(\mathrm{x}\right)=\underset{\mathrm{k}=\mathrm{4}} {\overset{\mathrm{2n}} {\sum}}\frac{\mathrm{p}^{\left(\mathrm{k}\right)} \mathrm{x}^{\mathrm{k}−\mathrm{4}} }{\mathrm{k}!} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{X}^{\mathrm{4}} \mid\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{n}} −\mathrm{nx}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 24/Oct/19
$${thanks}\:{sir}. \\ $$