Question Number 182973 by HeferH last updated on 17/Dec/22
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 18/Dec/22
$${x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:;\:\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{27}} {\Sigma}}\left({x}^{{n}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{{n}} }\right)^{\mathrm{2}} =? \\ $$$$\left({x}^{{n}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{{n}} }\right)^{\mathrm{2}} ={x}^{\mathrm{2}{n}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}{n}} }+\mathrm{2} \\ $$$${S}_{\mathrm{27}} =\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{27}} {\sum}}\left({x}^{{n}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{{n}} }\right)^{\mathrm{2}} =\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{27}} {\Sigma}}{x}^{\mathrm{2}{n}} +\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{27}} {\Sigma}}\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}{n}} }+\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{27}} {\Sigma}}\mathrm{2} \\ $$$$=\mathrm{27}\left(\mathrm{2}\right)+\left({x}^{\mathrm{2}} +{x}^{\mathrm{4}} +{x}^{\mathrm{6}} +…{x}^{\mathrm{54}} \right)+\left({x}^{−\mathrm{2}} +{x}^{−\mathrm{4}} +{x}^{−\mathrm{6}} +…{x}^{−\mathrm{54}} \right) \\ $$$$=\mathrm{54}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−\left({x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{27}} \right)}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{−\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−\left({x}^{−\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{27}} \right)}{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{54}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}^{\mathrm{56}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{−\mathrm{2}} −{x}^{−\mathrm{56}} }{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} }\:\bigstar \\ $$$$\: \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}=\mathrm{0}\Rightarrow{x}^{\mathrm{2}} =−{x}−\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow{x}^{\mathrm{3}} =−{x}^{\mathrm{2}} −{x}=−\left(−{x}−\mathrm{1}\right)−{x}=\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow{x}^{\mathrm{3}} =\mathrm{1} \\ $$$$\bullet{x}^{\mathrm{56}} =\left({x}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{18}} \centerdot{x}^{\mathrm{2}} =\mathrm{1}^{\mathrm{18}} \left(−{x}−\mathrm{1}\right)=−{x}−\mathrm{1} \\ $$$$\bullet{x}^{−\mathrm{56}} =\left({x}^{\mathrm{3}} \right)^{−\mathrm{19}} \centerdot{x}=\left(\mathrm{1}\right)^{−\mathrm{19}} \centerdot{x}={x} \\ $$$$\bullet{x}^{−\mathrm{2}} =\left({x}^{\mathrm{3}} \right)^{−\mathrm{1}} \centerdot{x}=\left(\mathrm{1}\right)^{−\mathrm{1}} \centerdot{x}={x} \\ $$$$\: \\ $$$${S}_{\mathrm{27}} =\mathrm{54}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}^{\mathrm{56}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{−\mathrm{2}} −{x}^{−\mathrm{56}} }{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{54}+\frac{\left(−{x}−\mathrm{1}\right)−\left(−{x}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{1}−\left(−{x}−\mathrm{1}\right)}+\frac{\left({x}\right)−\left({x}\right)}{\mathrm{1}−\left({x}\right)} \\ $$$$=\mathrm{54} \\ $$
Commented by Rasheed.Sindhi last updated on 18/Dec/22
$$\mathrm{Or}\:\mathrm{in}\:\:\mathrm{somewhat}\:\mathrm{shorter}\:\mathrm{way} \\ $$$$\bigstar{S}_{\mathrm{27}} =\mathrm{54}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}^{\mathrm{56}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{−\mathrm{2}} −{x}^{−\mathrm{56}} }{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} } \\ $$$$\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}=\mathrm{0}\Rightarrow{x}^{\mathrm{2}} =−{x}−\mathrm{1} \\ $$$$\:\:\:\:\:\Rightarrow{x}^{\mathrm{3}} =−{x}^{\mathrm{2}} −{x}=−\left(−{x}−\mathrm{1}\right)−{x}=\mathrm{1} \\ $$$$\: \\ $$$${S}_{\mathrm{27}} =\mathrm{54}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\left({x}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{18}} \centerdot{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{−\mathrm{2}} −\left({x}^{\mathrm{3}} \right)^{−\mathrm{18}} \centerdot{x}^{−\mathrm{2}} }{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} } \\ $$$${S}_{\mathrm{27}} =\mathrm{54}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\left(\mathrm{1}\right)^{\mathrm{18}} \centerdot{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{−\mathrm{2}} −\left(\mathrm{1}\right)^{−\mathrm{18}} \centerdot{x}^{−\mathrm{2}} }{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} } \\ $$$${S}_{\mathrm{27}} =\mathrm{54}+\frac{\cancel{{x}^{\mathrm{2}} }−\cancel{{x}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\cancel{{x}^{−\mathrm{2}} }−\cancel{{x}^{−\mathrm{2}} }}{\mathrm{1}−{x}^{−\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{54} \\ $$
Answered by TANMAY PANACEA last updated on 18/Dec/22
Commented by mr W last updated on 18/Dec/22
$${welcome}\:{back}\:{sir}! \\ $$$${you}\:{seem}\:{to}\:{have}\:{taken}\:{a}\:{long}\:{break}. \\ $$
Commented by Rasheed.Sindhi last updated on 18/Dec/22
$$\mathcal{T}{anmay}\:{sir},\:{happy}\:{to}\:{see}\:{you}\:{again}! \\ $$
Answered by TheSupreme last updated on 18/Dec/22
$${x}+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}=\mathrm{0}\:\rightarrow\frac{\mathrm{1}}{{x}}=−{x}−\mathrm{1} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{27}} {\sum}}{x}^{\mathrm{2}{n}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}{n}} }+\mathrm{2}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}\ast\mathrm{27}−\mathrm{1}} }{\mathrm{1}−{x}}−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}\ast\mathrm{27}−\mathrm{1}} }}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}}−\mathrm{1}+\mathrm{2}\centerdot\mathrm{27}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{53}} }{\mathrm{1}−{x}}−\frac{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{53}} }{{x}^{\mathrm{52}} \left(\mathrm{1}−{x}\right)}+\mathrm{52} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{53}} }{\mathrm{1}−{x}}\left[\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{52}} }\right]+\mathrm{52}= \\ $$$$= \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}=\mathrm{0}\rightarrow{x}_{\mathrm{1},\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{1}\pm\sqrt{−\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}={e}^{\pm\frac{\pi}{\mathrm{3}}{i}} \: \\ $$$$\Sigma\left({e}^{{k}\frac{\pi}{\mathrm{3}}{i}} +{e}^{−{k}\frac{\pi}{\mathrm{3}}{i}} \right)^{\mathrm{2}} =\Sigma\mathrm{4}{cos}^{\mathrm{2}} \left({k}\frac{\pi}{\mathrm{3}}\right)= \\ $$$$=\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{9}} {\sum}}\mathrm{4}{cos}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{0}\right)+\mathrm{4}{cos}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{3}}\right)+\mathrm{4}{cos}^{\mathrm{2}} \frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}= \\ $$$$=\mathrm{4}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{9}} {\sum}}\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}=\mathrm{6}\centerdot\mathrm{9}\:=\mathrm{54} \\ $$$$ \\ $$