Question Number 152663 by mr W last updated on 31/Aug/21
$$\mathrm{If}\:\:\mathrm{x}^{\mathrm{3}} -\mathrm{x}+\mathrm{3}=\mathrm{0}\:\mathrm{has}\:\mathrm{the}\:\mathrm{roots}\:\mathrm{a},\:\mathrm{b}\:\mathrm{and}\:\mathrm{c}. \\ $$$$\mathrm{determine}\:\mathrm{the}\:\mathrm{monic}\:\mathrm{polynomial}\:\mathrm{with} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{roots}\:\:\mathrm{a}^{\mathrm{5}} ,\:\mathrm{b}^{\mathrm{5}} \:\mathrm{and}\:\:\mathrm{c}^{\mathrm{5}} . \\ $$$$\left[{Q}\mathrm{152396}\right] \\ $$
Answered by mr W last updated on 30/Aug/21
$${a}+{b}+{c}=\mathrm{0} \\ $$$${ab}+{bc}+{ca}=−\mathrm{1} \\ $$$${abc}=−\mathrm{3} \\ $$$$ \\ $$$${let}\:{p}_{{k}} ={a}^{{k}} +{b}^{{k}} +{c}^{{k}} \\ $$$${p}_{\mathrm{1}} ={e}_{\mathrm{1}} =\mathrm{0} \\ $$$${p}_{\mathrm{2}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{1}} −\mathrm{2}{e}_{\mathrm{2}} =−\mathrm{2}×\left(−\mathrm{1}\right)=\mathrm{2} \\ $$$${p}_{\mathrm{3}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{2}} −{e}_{\mathrm{2}} {p}_{\mathrm{1}} +\mathrm{3}{e}_{\mathrm{3}} =\mathrm{3}\left(−\mathrm{3}\right)=−\mathrm{9} \\ $$$${p}_{\mathrm{4}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{3}} −{e}_{\mathrm{2}} {p}_{\mathrm{2}} +{e}_{\mathrm{3}} {p}_{\mathrm{1}} =−\left(−\mathrm{1}\right)\mathrm{2}=\mathrm{2} \\ $$$${p}_{\mathrm{5}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{4}} −{e}_{\mathrm{2}} {p}_{\mathrm{3}} +{e}_{\mathrm{3}} {p}_{\mathrm{2}} =−\left(−\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{9}\right)+\left(−\mathrm{3}\right)\mathrm{2}=−\mathrm{15} \\ $$$${i}.{e}.\:{a}^{\mathrm{5}} +{b}^{\mathrm{5}} +{c}^{\mathrm{5}} =−\mathrm{15} \\ $$$$ \\ $$$${let}\:{p}_{{k}} =\left({ab}\right)^{{k}} +\left({bc}\right)^{{k}} +\left({ca}\right)^{{k}} \\ $$$${p}_{\mathrm{1}} ={e}_{\mathrm{1}} ={ab}+{bc}+{ca}=−\mathrm{1} \\ $$$${e}_{\mathrm{2}} ={ab}^{\mathrm{2}} {c}+{bc}^{\mathrm{2}} {a}+{ca}^{\mathrm{2}} {b}={abc}\left({a}+{b}+{c}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${e}_{\mathrm{3}} ={ab}×{bc}×{ca}=\left({abc}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{9} \\ $$$${p}_{\mathrm{2}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{1}} −\mathrm{2}{e}_{\mathrm{2}} =\left(−\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)−\mathrm{2}×\mathrm{0}=\mathrm{1} \\ $$$${p}_{\mathrm{3}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{2}} −{e}_{\mathrm{2}} {p}_{\mathrm{1}} +\mathrm{3}{e}_{\mathrm{3}} =\left(−\mathrm{1}\right)\mathrm{1}+\mathrm{3}×\mathrm{9}=\mathrm{26} \\ $$$${p}_{\mathrm{4}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{3}} −{e}_{\mathrm{2}} {p}_{\mathrm{2}} +{e}_{\mathrm{3}} {p}_{\mathrm{1}} =\left(−\mathrm{1}\right)\mathrm{26}+\mathrm{9}\left(−\mathrm{1}\right)=−\mathrm{35} \\ $$$${p}_{\mathrm{5}} ={e}_{\mathrm{1}} {p}_{\mathrm{4}} −{e}_{\mathrm{2}} {p}_{\mathrm{3}} +{e}_{\mathrm{3}} {p}_{\mathrm{2}} =\left(−\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{35}\right)+\mathrm{9}×\mathrm{1}=\mathrm{44} \\ $$$${i}.{e}.\:{a}^{\mathrm{5}} {b}^{\mathrm{5}} +{b}^{\mathrm{5}} {c}^{\mathrm{5}} +{c}^{\mathrm{5}} {a}^{\mathrm{5}} =\mathrm{44} \\ $$$$ \\ $$$${a}^{\mathrm{5}} {b}^{\mathrm{5}} {c}^{\mathrm{5}} =\left({abc}\right)^{\mathrm{5}} =\left(−\mathrm{3}\right)^{\mathrm{5}} =−\mathrm{243} \\ $$$$ \\ $$$${the}\:{equation}\:{with}\:{roots}\:{a}^{\mathrm{5}} ,{b}^{\mathrm{5}} ,{c}^{\mathrm{5}} \:{is} \\ $$$${x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{15}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{44}{x}+\mathrm{243}=\mathrm{0} \\ $$
Commented by Tawa11 last updated on 30/Aug/21
$$\mathrm{Great}\:\mathrm{sir} \\ $$