Question Number 69297 by ajfour last updated on 22/Sep/19
Commented by ajfour last updated on 22/Sep/19
$${If}\:{the}\:{graph}\:{is}\:{a}\:{cubic} \\ $$$$\:\:\:\:{y}={x}^{\mathrm{3}} +{ax}^{\mathrm{2}} +{bx}+{c} \\ $$$${find}\:{point}\:{of}\:{intersection}\:{of} \\ $$$${the}\:{red}\:{and}\:{blue}\:{lines}. \\ $$
Answered by MJS last updated on 22/Sep/19
$${y}={x}^{\mathrm{3}} +{ax}^{\mathrm{2}} +{bx}+{c} \\ $$$$\mathrm{if}\:\mathrm{we}\:\mathrm{shift}\:\mathrm{this}\:\mathrm{so}\:\mathrm{that}\:\mathrm{the}\:\mathrm{middle}\:\mathrm{zero}\:\mathrm{is}\:\mathrm{at} \\ $$$${x}=\mathrm{0}\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$${y}=\left({x}+\alpha^{\mathrm{2}} \right){x}\left({x}−\beta^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\mathrm{then}\:\mathrm{it}'\mathrm{s}\:\mathrm{easy}\:\mathrm{to}\:\mathrm{find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{tangents}\:\mathrm{because} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{tangent}\:\mathrm{in}\:{P}\:\mathrm{is} \\ $$$${y}=\left(\mathrm{3}{p}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\left(\alpha^{\mathrm{2}} −\beta^{\mathrm{2}} \right){p}−\alpha^{\mathrm{2}} \beta^{\mathrm{2}} \right){x}−\left(\mathrm{2}{p}+\alpha^{\mathrm{2}} −\beta^{\mathrm{2}} \right){p}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{putting}\:{x}=−\alpha^{\mathrm{2}} \:\mathrm{or}\:{x}=\beta^{\mathrm{2}} \:\mathrm{we}\:\mathrm{know}\:\mathrm{we}'\mathrm{ll}\:\mathrm{get} \\ $$$$\mathrm{a}\:\mathrm{double}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{at}\:−\alpha^{\mathrm{2}} \:\mathrm{or}\:\beta^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{points}\:\mathrm{on}\:\mathrm{the}\:\mathrm{curve} \\ $$$${P}_{−\alpha^{\mathrm{2}} } =\begin{pmatrix}{\frac{\beta^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}}\\{−\frac{\mathrm{2}\alpha^{\mathrm{2}} +\beta^{\mathrm{2}} }{\mathrm{8}}\beta^{\mathrm{4}} }\end{pmatrix}\:\:\:{P}_{\beta^{\mathrm{2}} } =\begin{pmatrix}{−\frac{\alpha^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}}\\{\frac{\alpha^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\beta^{\mathrm{2}} }{\mathrm{8}}\alpha^{\mathrm{4}} }\end{pmatrix} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{tangents}: \\ $$$${y}_{−\alpha^{\mathrm{2}} } =−\frac{\beta^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}}{x}−\frac{\alpha^{\mathrm{2}} \beta^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}} \\ $$$${y}_{\beta^{\mathrm{2}} } =−\frac{\alpha^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}}{x}+\frac{\alpha^{\mathrm{4}} \beta^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{intersection}\:\mathrm{is} \\ $$$${I}=\begin{pmatrix}{\frac{\alpha^{\mathrm{2}} \beta^{\mathrm{2}} }{\alpha^{\mathrm{2}} −\beta^{\mathrm{2}} }}\\{−\frac{\alpha^{\mathrm{4}} \beta^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}\left(\alpha^{\mathrm{2}} −\beta^{\mathrm{2}} \right)}}\end{pmatrix} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{to}\:\mathrm{find}\:\alpha^{\mathrm{2}} ,\:\beta^{\mathrm{2}} \:\mathrm{in}\:\mathrm{terms}\:\mathrm{of}\:{a},\:{b},\:{c}\:\mathrm{which} \\ $$$$\mathrm{is}\:\mathrm{possible}\:\mathrm{but}\:\mathrm{nasty}\:\mathrm{because}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{to}\:\mathrm{use} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{trigonometric}\:\mathrm{method}… \\ $$$${x}^{\mathrm{3}} +{ax}^{\mathrm{2}} +{bx}+{c}=\mathrm{0} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} <{x}_{\mathrm{2}} <{x}_{\mathrm{3}} \\ $$$${x}={t}+{x}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$${t}^{\mathrm{3}} +\left({a}+\mathrm{3}{x}_{\mathrm{2}} \right){t}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{3}{x}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{ax}_{\mathrm{2}} +{b}\right){t}=\mathrm{0} \\ $$$$\left[\mathrm{because}\:\mathrm{the}\:\mathrm{constant}\:\mathrm{factor}\right. \\ $$$$\left.\:\:{x}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{3}} +{ax}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{3}} +{bx}_{\mathrm{2}} +{c}\:\mathrm{is}\:\mathrm{equal}\:\mathrm{to}\:\mathrm{zero}\right] \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\alpha^{\mathrm{2}} =−\frac{\mathrm{3}{x}_{\mathrm{2}} +{a}}{\mathrm{2}}−\frac{\sqrt{−\mathrm{3}{x}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{ax}_{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{b}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\beta^{\mathrm{2}} =−\frac{\mathrm{3}{x}_{\mathrm{2}} +{a}}{\mathrm{2}}+\frac{\sqrt{−\mathrm{3}{x}_{\mathrm{2}} ^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{ax}_{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{b}}}{\mathrm{2}} \\ $$$${x}_{\mathrm{2}} =−\frac{{a}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\sqrt{{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{b}}\mathrm{sin}\:\left(\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}{k}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{arcsin}\:\frac{\mathrm{2}{a}^{\mathrm{3}} −\mathrm{9}{ab}+\mathrm{27}{c}}{\mathrm{2}\sqrt{\left({a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{b}\right)^{\mathrm{3}} }}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{with}\:{k}=\mathrm{0},\:\mathrm{1},\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{I}'\mathrm{m}\:\mathrm{not}\:\mathrm{sure}\:\mathrm{but}\:\mathrm{I}\:\mathrm{think}\:\mathrm{the}\:\mathrm{middle}\:\mathrm{zero}\:\mathrm{is} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{one}\:\mathrm{with}\:{z}=\mathrm{0} \\ $$
Commented by ajfour last updated on 22/Sep/19
$${thanks}\:{sir},\:{i}\:{expect}\:{more}\:{out}\:{of} \\ $$$${this}\:{construction}..{say}\:{extract} \\ $$$${roots}. \\ $$