Question Number 27884 by das47955@mail.com last updated on 16/Jan/18
$$\left(\mathrm{3}\right)\:\boldsymbol{\mathrm{Find}}\:\boldsymbol{\mathrm{the}}\:\boldsymbol{\mathrm{term}}\:\boldsymbol{\mathrm{independ}}− \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{ent}}\:\boldsymbol{\mathrm{of}}\:\:\boldsymbol{\mathrm{x}}\:\:\boldsymbol{\mathrm{in}}\:\boldsymbol{\mathrm{the}}\:\boldsymbol{\mathrm{expansion}}\:\boldsymbol{\mathrm{of}} \\ $$$$\:\:\:\left(\:\boldsymbol{\mathrm{x}}+\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{2}} \left(\boldsymbol{\mathrm{x}}−\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 16/Jan/18
$$\:\:\:\left(\:\boldsymbol{\mathrm{x}}+\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{2}} \left(\boldsymbol{\mathrm{x}}−\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$$$\:\:\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\right)\left(\boldsymbol{\mathrm{x}}−\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$$$−−−− \\ $$$$\mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} =\begin{pmatrix}{\mathrm{n}}\\{\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\mathrm{a}^{\mathrm{n}−\mathrm{r}} \mathrm{b}^{\mathrm{r}} \\ $$$$−−−−−− \\ $$$$\mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} \:\mathrm{of}\:\left(\boldsymbol{\mathrm{x}}−\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$$$\:\mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} =\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{r}} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}}\right)^{\mathrm{r}} \\ $$$$\:\mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} =\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} \mathrm{multiplied}\:\mathrm{by}\:\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\right).\mathrm{T}_{\mathrm{f}+\mathrm{1}} =\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} +\mathrm{2T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} +\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\right)\mathrm{T}_{\mathrm{r}+\mathrm{1}} \\ $$$$\:\:\:\:\:=\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\mathrm{2}\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\:\:\:=\left(−\mathrm{r}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{14}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:+\mathrm{2}\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{r}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{10}−\mathrm{2r}} \\ $$$$\mathrm{When}\:\mathrm{14}−\mathrm{2r}=\mathrm{0}\Rightarrow\mathrm{r}=\mathrm{7} \\ $$$$\mathrm{Free}\:\mathrm{of}\:\mathrm{x}\:\mathrm{term}\:\mathrm{1st}\:\mathrm{part}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{above} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{7}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{14}−\mathrm{2}\left(\mathrm{7}\right)} =−\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{7}}\end{pmatrix}\:..\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\mathrm{When}\:\mathrm{12}−\mathrm{2r}=\mathrm{0}\Rightarrow\mathrm{r}=\mathrm{6} \\ $$$$\mathrm{Free}\:\mathrm{of}\:\mathrm{x},\:\mathrm{2nd}\:\mathrm{part}\:\mathrm{of}\:\mathrm{above}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{6}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{2r}} =\mathrm{2}\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{6}}\end{pmatrix}…\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\mathrm{When}\:\mathrm{10}−\mathrm{2r}=\mathrm{0}\Rightarrow\mathrm{r}=\mathrm{5} \\ $$$$\mathrm{Free}\:\mathrm{of}\:\mathrm{x},\:\mathrm{3rd}\:\mathrm{part}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{above} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{7}} \begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{r}}\end{pmatrix}\:\left(\mathrm{x}\right)^{\mathrm{10}−\mathrm{2r}} =−\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{5}}\end{pmatrix}\:…\left(\mathrm{iii}\right) \\ $$$$\mathrm{Free}\:\mathrm{of}\:\mathrm{x}\:\mathrm{term}=\left(\mathrm{i}\right)+\left(\mathrm{ii}\right)+\left(\mathrm{iii}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:=−\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{7}}\end{pmatrix}\:+\mathrm{2}\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{6}}\end{pmatrix}\:−\begin{pmatrix}{\mathrm{12}}\\{\:\mathrm{5}}\end{pmatrix}\: \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:=−\mathrm{792}+\mathrm{2}×\mathrm{924}−\mathrm{792}=\mathrm{264} \\ $$
Commented by Rasheed.Sindhi last updated on 16/Jan/18
$$\mathrm{Corrected}\:\mathrm{now}. \\ $$
Answered by mrW2 last updated on 16/Jan/18
$$\left(\:\boldsymbol{\mathrm{x}}+\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{2}} \left(\boldsymbol{\mathrm{x}}−\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{14}} }\left(\:\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left(\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{14}} }\left(\:\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left(\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)^{\mathrm{12}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{14}} }\left(\:\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{12}} {\sum}}{C}_{{k}} ^{\mathrm{12}} {x}^{\mathrm{2}{k}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{12}−{k}} \\ $$$${term}\:{independent}\:{of}\:{x}\:{is}: \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{14}} }×{x}^{\mathrm{4}} ×{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{12}} {x}^{\mathrm{2}×\mathrm{5}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{5}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{14}} }×\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} ×{C}_{\mathrm{6}} ^{\mathrm{12}} {x}^{\mathrm{2}×\mathrm{6}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{6}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{14}} }×\mathrm{1}×{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{12}} {x}^{\mathrm{2}×\mathrm{7}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{12}−\mathrm{7}} \\ $$$$=−{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{12}} +\mathrm{2}{C}_{\mathrm{6}} ^{\mathrm{12}} −{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{12}} \\ $$$$=−\mathrm{792}+\mathrm{2}×\mathrm{924}−\mathrm{792} \\ $$$$=\mathrm{264} \\ $$
Commented by mrW2 last updated on 16/Jan/18