Question Number 119373 by bobhans last updated on 24/Oct/20
$${Find}\:{all}\:{sum}\:{of}\:{all}\:{x}\:{interval} \\ $$$$\left[\:\mathrm{0},\:\mathrm{2}\pi\:\right]\:{such}\:{that}\:\mathrm{3cot}\:^{\mathrm{2}} {x}\:+\:\mathrm{8}\:\mathrm{cot}\:{x}\:+\:\mathrm{3}\:=\:\mathrm{0} \\ $$
Commented by benjo_mathlover last updated on 24/Oct/20
$${consider}\:{the}\:{quadratic}\:{equation} \\ $$$$\mathrm{3}{q}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{q}+\mathrm{3}\:=\:\mathrm{0}\:,\:{with}\:{the}\:{roots}\:{are}\:{q}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{8}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{6}} \\ $$$${and}\:{q}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{8}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{6}}.\:{both}\:{roots}\:{are}\:{real}\:{and} \\ $$$${their}\:{product}\:{equal}\:{to}\:−\mathrm{1}.\:{Because}\:{y}\:=\mathrm{cot}\:{x}\:{is}\:{a}\:{bijection} \\ $$$${from}\:{the}\:{interval}\:\left(\mathrm{0},\pi\right)\:{to}\:{the}\:{real}\:{number}\:,\:{there} \\ $$$${is}\:{a}\:{unique}\:{pair}\:{of}\:{numbers}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} \:{and}\:{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} \\ $$$${with}\:\mathrm{0}<{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} ,{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} <\pi\:{such}\:{that}\:\mathrm{cot}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} ={q}_{\mathrm{1}} \\ $$$${and}\:\mathrm{cot}\:{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} ={q}_{\mathrm{2}} .\:{Because}\:{q}_{\mathrm{1}} {and}\:{q}_{\mathrm{2}} \:{are} \\ $$$${negative}\:,\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}<{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} \:,{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} \:<\:\pi\:{and}\:{so}\: \\ $$$$\pi<{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} \:,{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} \:<\:\mathrm{2}\pi\:.\:{Since}\:\mathrm{tan}\:{x}\:\mathrm{cot}\:{x}=\mathrm{1} \\ $$$${both}\:\mathrm{tan}\:{x}\:{and}\:\mathrm{cot}\:{x}\:{have}\:{period}\:\pi,\:{it}\:{follows}\:{that} \\ $$$$\mathrm{1}=\mathrm{tan}\:{x}\:\mathrm{cot}\:{x}=\mathrm{cot}\:{x}\:\mathrm{cot}\:\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−{x}\right)=\mathrm{cot}\:{x}\:\mathrm{cot}\:\left(\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{2}}−{x}\right) \\ $$$$\mathrm{1}=\:\mathrm{cot}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} .\:\mathrm{cot}\:{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} \:{then}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$${likewise}\:{in}\:{interval}\:\left(\pi,\mathrm{2}\pi\right)\:{there}\:{is}\:{unique} \\ $$$${pair}\:{number}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{2}} {and}\:{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{2}} \:{satisfying}\:{the} \\ $$$${conditions}\:{of}\:{the}\:{problem}\:{with}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{7}\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$${Therefore}\:{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{1}} +{x}_{\mathrm{1}.\mathrm{2}} +{x}_{\mathrm{2}.\mathrm{2}} =\:\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{7}\pi}{\mathrm{2}}=\mathrm{5}\pi \\ $$
Answered by TANMAY PANACEA last updated on 24/Oct/20
$${tanx}={a} \\ $$$$\frac{\mathrm{3}}{{a}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{8}}{{a}}+\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{3}+\mathrm{8}{a}+\mathrm{3}{a}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$${a}=\frac{−\mathrm{8}\pm\sqrt{\mathrm{8}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}×\mathrm{3}×\mathrm{3}}}{\mathrm{2}×\mathrm{3}}=\frac{−\mathrm{8}\pm\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{2}×\mathrm{3}}=\frac{−\mathrm{4}\pm\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}} \\ $$$${tanx}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\:={tan}\alpha\:\:\:\:\:\:\:{tanx}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}={tan}\beta \\ $$$${tan}\left(\alpha+\beta\right)=\frac{{tan}\alpha+{tan}\beta}{\mathrm{1}−{tan}\alpha{tan}\beta}=\frac{\frac{−\mathrm{8}}{\mathrm{3}}}{\mathrm{1}−\left(\frac{\mathrm{16}−\mathrm{7}}{\mathrm{9}}\right)}={tan}\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left(\alpha+\beta\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$${tan}\left(\alpha+\beta\right)={tan}\frac{\pi}{\mathrm{2}}={tan}\left(\pi+\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)={tan}\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$${tan}\alpha={tan}\left(\pi+\alpha\right) \\ $$$${tan}\beta={tan}\left(\pi+\beta\right) \\ $$$$\alpha+\left(\alpha+\pi\right)+\beta+\left(\beta+\pi\right)+\left(\alpha+\beta\right)+\left(\pi+\alpha+\beta\right) \\ $$$$=\mathrm{4}\left(\alpha+\beta\right)+\mathrm{3}\pi \\ $$$$=\mathrm{4}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{3}\pi=\mathrm{5}\pi \\ $$$$ \\ $$
Commented by 1549442205PVT last updated on 24/Oct/20
$$\mathrm{Sir}\:\mathrm{mistake}\:\mathrm{at}\:\mathrm{place}\:\sqrt{\mathrm{8}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}×\mathrm{3}×\mathrm{3}} \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{28}}=\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{7}} \\ $$
Commented by TANMAY PANACEA last updated on 24/Oct/20
$${yes}\:{sir}\:{corrected} \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 24/Oct/20
$$\mathrm{3cot}^{\mathrm{2}} \:{x}\:+\mathrm{8cot}\:{x}\:+\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$$\frac{\mathrm{3cos}^{\mathrm{2}} \:{x}}{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:{x}}+\frac{\mathrm{8cos}\:{x}}{\mathrm{sin}\:{x}}+\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$$\frac{\mathrm{3cos}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8cos}\:{x}\:\mathrm{sin}\:{x}\:+\mathrm{3sin}^{\mathrm{2}} \:{x}}{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:{x}}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{3}+\mathrm{8cos}\:{x}\:\mathrm{sin}\:{x}\:=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{cos}\:{x}\:\mathrm{sin}\:{x}\:=−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:=−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:=−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}} \\ $$$${x}={n}\pi−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{arcsin}\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\:\vee\:{x}={n}\pi+\frac{\pi}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{arcsin}\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{let}\:\alpha=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{arcsin}\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{for}\:\mathrm{0}\leqslant{x}<\mathrm{2}\pi\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$${x}=\pi−\alpha\vee{x}=\mathrm{2}\pi−\alpha\vee{x}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}+\alpha\vee{x}=\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{2}}+\alpha \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{sum}\:\mathrm{of}\:\mathrm{these}\:\mathrm{is}\:\mathrm{5}\pi \\ $$
Answered by 1549442205PVT last updated on 24/Oct/20
$$\mathrm{3cot}\:^{\mathrm{2}} {x}\:+\:\mathrm{8}\:\mathrm{cot}\:{x}\:+\:\mathrm{3}\:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\Delta'=\mathrm{4}^{\mathrm{2}} −\mathrm{9}=\mathrm{7}\Rightarrow\mathrm{cotx}=\frac{−\mathrm{4}\pm\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{tanx}=\frac{\mathrm{3}}{−\mathrm{4}\pm\sqrt{\mathrm{7}}}=\frac{\mathrm{3}\left(−\mathrm{4}\mp\sqrt{\mathrm{7}}\right)}{\mathrm{9}}=\frac{−\mathrm{4}\mp\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{Put}\:\alpha=\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\right),\beta=\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\right) \\ $$$$\alpha\approx−\mathrm{24}°\mathrm{17}'\mathrm{42}'',\beta\approx−\mathrm{65}°\mathrm{42}'\mathrm{17}'' \\ $$$$\mathrm{Since}\:\alpha,\beta\in\left[\mathrm{0},\mathrm{2}\pi\right]\:\mathrm{and}\:\mathrm{tanx}=\mathrm{tan}\left(\mathrm{x}+\mathrm{k}\pi\right) \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\alpha\in\left\{\mathrm{155}°\mathrm{42}'\mathrm{17}'',\mathrm{335}°\mathrm{42}'\mathrm{17}''\right\} \\ $$$$\beta\in\left\{\mathrm{114}°\mathrm{17}'\mathrm{43}'',\mathrm{294}°\mathrm{17}'\mathrm{43}''\right\} \\ $$$$\Rightarrow\alpha_{\mathrm{1}} +\alpha_{\mathrm{2}} +\beta_{\mathrm{1}} +\beta_{\mathrm{2}} =\mathrm{900}° \\ $$$$\mathrm{Thus},\mathrm{Sum}\:\mathrm{of}\:\mathrm{all}\:\mathrm{the}\:\mathrm{angles}\:\mathrm{satisfying} \\ $$$$\mathrm{given}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{equal}\:\mathrm{to}\:\mathrm{900}° \\ $$
Answered by Bird last updated on 24/Oct/20
$$\mathrm{3}{cotan}^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{8}{cotanx}\:+\mathrm{3}=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{3}}{{tan}^{\mathrm{2}} {x}}\:+\frac{\mathrm{8}}{{tanx}}\:+\mathrm{3}\:=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{3}+\mathrm{8}{tanx}\:+\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} {x}\:=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{8}{tanx}\:+\mathrm{3}\:=\mathrm{0} \\ $$$${tanx}={u}\:\Rightarrow\mathrm{3}{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{u}+\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$$\Delta^{'} \:=\mathrm{4}^{\mathrm{2}} −\mathrm{9}\:=\mathrm{16}−\mathrm{9}\:=\mathrm{7}\:\Rightarrow \\ $$$${u}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\:{and}\:{u}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}} \\ $$$${tanx}=\frac{−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow{x}={arctan}\left(\frac{−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\right)+{n}\pi \\ $$$${tanx}=\frac{−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow{x}=−{arctan}\left(\frac{\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}{\mathrm{3}}\right)+{n}\pi \\ $$$$\left({n}\in{Z}\right) \\ $$