Question Number 28534 by abdo imad last updated on 26/Jan/18
$${find}\:{n}\:{from}\:{N}\:\:{in}\:{ordre}\:{tohave}\:{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\:{divide} \\ $$$$\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{n}} −{x}^{{n}} −\mathrm{1}. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 28/Jan/18
$${let}\:{put}\:{p}\left({x}\right)=\:\left({x}+\mathrm{1}\right)^{{n}} −{x}^{{n}} −\mathrm{1}\:{and}\:{q}\left({x}\right)={x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\:{the}\:{roots} \\ $$$${of}\:{p}\left({x}\right){are}\:\:{j}={e}^{{i}\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \:\:{and}\:{j}^{−} ={e}^{−{i}\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \:\:\:{q}\:{divide}\:{p}\:\Leftrightarrow{p}\left({j}\right)={p}\left({j}^{−} \right)=\mathrm{0} \\ $$$${but}\:{p}\left({j}\right)={o}\:\Leftrightarrow\left({j}+\mathrm{1}\right)^{{n}} \:−{j}^{{n}} −\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\Leftrightarrow\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {j}^{\mathrm{2}{n}} \:−{j}^{{n}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${p}\left({j}^{−} \right)=\mathrm{0}\:\Leftrightarrow\:\left(\mathrm{1}+{j}^{−} \right)^{\mathrm{2}} \:−{j}^{−^{{n}} } \:−\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\Leftrightarrow\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {j}^{−^{\mathrm{2}{n}} } \:−{j}^{−^{{n}} } −\mathrm{1}=\mathrm{0}\Rightarrow\left(−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left(\:\left({j}^{\mathrm{2}{n}} \:−{j}^{−^{\mathrm{2}{n}} } \right)−\left({j}^{{n}} \:−{j}^{−^{{n}} } \right)=\mathrm{0}\right. \\ $$$$\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \mathrm{2}{i}\:{Im}\left({j}^{\mathrm{2}{n}} \right)−\:\mathrm{2}{i}\:{Im}\left({j}^{{n}} \right)=\mathrm{0} \\ $$$$\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {sin}\left(\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}\right)−{sin}\left(\frac{\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow{sin}\left(\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}\right)=\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {sin}\left(\frac{\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\right)\:\:\left({e}\right) \\ $$$${case}\:\mathrm{1}\:\:\:\:{n}=\mathrm{2}{p} \\ $$$$\left({e}\right)\Leftrightarrow\:\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{2}{k}\pi\:\:{or}\:\:\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}\:=\pi−\frac{\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{2}{k}\pi\:\:\:\:\:\left({k}\in{Z}\right) \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{4}{n}\:=\mathrm{2}{n}\:+\mathrm{6}{k}\:{or}\:\mathrm{4}{n}=\:\mathrm{3}−\mathrm{2}{n}\:+\mathrm{6}{k} \\ $$$${n}=\mathrm{3}{k}\:\:\:{or}\:\mathrm{6}{n}=\:\mathrm{6}{k}+\mathrm{3} \\ $$$${n}=\mathrm{3}{k}\:\:{or}\:{n}={k}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left({to}\:{eliminate}\right)\Leftrightarrow{n}=\mathrm{3}{k}\:\:=\mathrm{2}{p}\Rightarrow \\ $$$${k}=\mathrm{2}{s}\:\:\:{and}\:{n}=\mathrm{6}{s}\:\: \\ $$$${case}\:\mathrm{2}\:\:\:{n}=\mathrm{2}{p}+\mathrm{1} \\ $$$$\left({e}\right)\:\Leftrightarrow\:{sin}\left(\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}\right)={sin}\left(−\frac{\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\right)\:\Leftrightarrow\:\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}=\frac{−\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{2}{k}\pi\:{or} \\ $$$$\frac{\mathrm{4}{n}\pi}{\mathrm{3}}=\:\pi\:+\frac{\mathrm{2}{n}\pi}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{2}{k}\pi \\ $$$$\Leftrightarrow\mathrm{4}{n}\:=−\mathrm{2}{n}\:+\mathrm{6}{k}\:\:{or}\:\mathrm{4}{n}=\:\mathrm{3}\:+\mathrm{2}{n}\:+\mathrm{6}{k} \\ $$$$\Leftrightarrow{n}={k}\:\:{or}\:\mathrm{2}{n}=\mathrm{3}+\mathrm{6}{k}\left({to}\:{eliminate}\right)\:\Leftrightarrow{n}={k}=\mathrm{2}{p}+\mathrm{1}\:{so} \\ $$$${q}\:{divide}\:{p}\:\:\Leftrightarrow\:{n}=\mathrm{6}{p}\:{or}\:{n}=\mathrm{2}{p}+\mathrm{1}. \\ $$$$ \\ $$