Question Number 61273 by alphaprime last updated on 31/May/19
$${Suppose}\:\alpha\:,\beta,\gamma,\delta\:{are}\:{real}\:{numbers} \\ $$$${such}\:{that}\:\alpha+\beta+\gamma+\delta\:=\:\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$${Prove}\:{that}\:\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\delta\right)=\mathrm{0} \\ $$
Commented by Rasheed.Sindhi last updated on 31/May/19
$$\:\:\:\alpha+\beta+\gamma+\delta\:=\:\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{It}\:\mathrm{can}\:\mathrm{be}\:\mathrm{proved}\:\mathrm{that}\:\mathrm{any}\:\mathrm{two}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{four}\:\mathrm{have}\:\mathrm{same}\:\mathrm{value}\:\mathrm{and}\:\mathrm{remaining} \\ $$$$\mathrm{two}\:\mathrm{are}\:\mathrm{additive}\:\mathrm{inverse}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{mentioned} \\ $$$$\mathrm{two}\:\mathrm{numbers}\left(\mathrm{Only}\:\mathrm{possibility}\right) \\ $$$$\mathrm{So} \\ $$$$\mathrm{Let}\:\:\alpha=\beta=\mathrm{k}\:,\gamma=\delta=−\mathrm{k} \\ $$$$\:\:\:\alpha+\beta+\gamma+\delta\:=\:\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\Rightarrow\:\mathrm{k}+\mathrm{k}−\mathrm{k}−\mathrm{k}=\mathrm{k}^{\mathrm{7}} +\mathrm{k}^{\mathrm{7}} −\mathrm{k}^{\mathrm{7}} −\mathrm{k}^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$\:\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\delta\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:=\mathrm{k}\left(\mathrm{k}+\mathrm{k}\right)\left(\mathrm{k}−\mathrm{k}\right)\left(\mathrm{k}−\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{k}.\mathrm{2k}.\mathrm{0}.\mathrm{0}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{Proved} \\ $$$$ \\ $$
Commented by alphaprime last updated on 01/Jun/19
Could it have been better please?!
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 02/Jun/19
$$\alpha+\beta+\gamma+\delta\:=\:\mathrm{0}\:…………..\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\wedge \\ $$$$\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0}…………\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\left(\mathrm{i}\right)\Rightarrow\alpha=−\left(\beta+\gamma+\delta\right) \\ $$$$\left(\mathrm{ii}\right)\Rightarrow\left\{−\left(\beta+\gamma+\delta\right)\right\}^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$−\left(\beta+\gamma+\delta\right)^{\mathrm{7}} =−\left(\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} \right) \\ $$$$\:\:\:\left(\beta+\gamma+\delta\right)^{\mathrm{7}} =\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} \\ $$$$\mathrm{possible}\:\:\mathrm{solutions}: \\ $$$$\:\:\:\left\{\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{0},\mathrm{0},\mathrm{0}\right\}\Rightarrow\alpha=\mathrm{0} \\ $$$$\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{0},\mathrm{0},\mathrm{0},\mathrm{0}\right\} \\ $$$$\:\:\:\mathrm{For}\:\beta=\mathrm{k}\neq\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\left\{\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{k},\mathrm{0},\mathrm{0}\right\}\Rightarrow\alpha=−\left(\mathrm{k}+\mathrm{0}+\mathrm{0}\right)=−\mathrm{k} \\ $$$$\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{k},−\mathrm{k},\mathrm{0},\mathrm{0}\right\} \\ $$$$\left(\mathrm{This}\:\mathrm{means}\:\mathrm{all}\:\mathrm{the}\:\mathrm{possible}\:\mathrm{combinations}\right. \\ $$$$\left.\mathrm{of}\:\:\:\mathrm{k},−\mathrm{k},\mathrm{0},\mathrm{0}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\left(\mathrm{m}+\mathrm{n}−\mathrm{n}\right)^{\mathrm{7}} =\mathrm{m}^{\mathrm{7}} +\mathrm{n}^{\mathrm{7}} +\left(−\mathrm{n}\right)^{\mathrm{7}} \\ $$$$\:^{\bullet} \mathrm{When}\:\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{0},\mathrm{0},\mathrm{0},\mathrm{0}\right\} \\ $$$$\:\:\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\delta\right) \\ $$$$\:\:\:\:=\mathrm{0}\left(\mathrm{0}+\mathrm{0}\right)\left(\mathrm{0}+\mathrm{0}\right)\left(\mathrm{0}+\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\:^{\bullet} \mathrm{When}\:\:\:\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{k},−\mathrm{k},\mathrm{0},\mathrm{0}\right\} \\ $$$$\:\:\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\gamma\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{k}\left(\mathrm{k}−\mathrm{k}\right)\left(\mathrm{k}+\mathrm{0}\right)\left(\mathrm{k}+\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{Note}:\mathrm{Different}\:\mathrm{combinations}\:\mathrm{of} \\ $$$$\:\mathrm{k},−\mathrm{k},\mathrm{0},\mathrm{0}\:\mathrm{haave}\:\mathrm{no}\:\mathrm{effect}\:\mathrm{on} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{result}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{above}\:\mathrm{expression}. \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{Hence}\:\mathrm{proved} \\ $$$$\:\: \\ $$
Commented by alphaprime last updated on 02/Jun/19
Thank you gentlemen :)
Commented by Rasheed.Sindhi last updated on 02/Jun/19
$$\mathrm{Thanks}\:\mathrm{but}\:\mathrm{the}\:\mathrm{answer}\:\mathrm{is}\:\mathrm{not} \\ $$$$\mathrm{satisfactory}\:\mathrm{yet}!\:\mathrm{Because}\:\mathrm{It}\:\mathrm{doesn}'\mathrm{t} \\ $$$$\mathrm{covers}\:\mathrm{all}\:\mathrm{the}\:\mathrm{possibilities}. \\ $$$$\mathrm{For}\:\mathrm{example}\:\alpha=\mathrm{a}\neq\mathrm{0}\:,\:\beta=\mathrm{b}\neq\mathrm{0}, \\ $$$$\gamma=−\mathrm{a}\:\&\:\delta=−\mathrm{b}. \\ $$$$\:\alpha+\beta+\gamma+\delta=\mathrm{0}\Rightarrow\mathrm{a}+\mathrm{b}−\mathrm{a}−\mathrm{b}=\mathrm{0} \\ $$$$\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\Rightarrow\mathrm{a}^{\mathrm{7}} +\mathrm{b}^{\mathrm{7}} +\left(−\mathrm{a}\right)^{\mathrm{7}} +\left(−\mathrm{b}\right)^{\mathrm{7}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{a}^{\mathrm{7}} +\mathrm{b}^{\mathrm{7}} −\mathrm{a}^{\mathrm{7}} −\mathrm{b}^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$ \\ $$$$\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\delta\right) \\ $$$$\:\:\:\:=\mathrm{a}\left(\mathrm{a}+\mathrm{b}\right)\left(\mathrm{a}−\mathrm{a}\right)\left(\mathrm{a}−\mathrm{b}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{How}\:\mathrm{the}\:\:\mathrm{solution}\:\mathrm{set}: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{a},\mathrm{b},−\mathrm{a},−\mathrm{b}\right\} \\ $$$$\mathrm{can}\:\mathrm{be}\:\mathrm{derived}\:\mathrm{from} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\left(\beta+\gamma+\delta\right)^{\mathrm{7}} =\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} \:\:? \\ $$$$\mathrm{I}\:\mathrm{think}\:\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{a},\mathrm{b},−\mathrm{a},−\mathrm{b}\right\} \\ $$$$\mathrm{where}\:\mathrm{a},\mathrm{b}\in\mathbb{R}\:\left(\mathrm{a},\mathrm{b}\:\mathrm{may}\:\mathrm{be}\:\mathrm{zero}\:\mathrm{also}\right) \\ $$$$\mathrm{is}\:\mathrm{complete}\:\mathrm{solution}. \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 03/Jun/19
$$\alpha+\beta+\gamma+\delta\:=\mathrm{0}………….\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\wedge \\ $$$$\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0}……….\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\overline {\smile\frown\smile\frown\smile\frown\smile\frown\smile\frown} \\ $$$$\mathrm{Let}\:\alpha=\mathrm{a}\:,\:\beta=\mathrm{b}\:\mathrm{where}\:\mathrm{a},\mathrm{b}\in\mathbb{R} \\ $$$$\left(\mathrm{i}\right)\Rightarrow\gamma+\delta=−\mathrm{a}−\mathrm{b}………….\left(\mathrm{iii}\right) \\ $$$$\left(\mathrm{ii}\right)\Rightarrow\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =−\mathrm{a}^{\mathrm{7}} −\mathrm{b}^{\mathrm{7}} …….\left(\mathrm{iv}\right) \\ $$$$\left(\mathrm{iii}\right)\:\&\:\left(\mathrm{iv}\right)\:\mathrm{have}\:\mathrm{only}\:\mathrm{two}\:\mathrm{real}\:\mathrm{solutions} \\ $$$$\left(\mathrm{See}\:\mathrm{the}\:\mathrm{answer}\:\&\:\mathrm{comments}\:\mathrm{of}\:\mathrm{sir}\right. \\ $$$$\left.\:\mathrm{MJS}\:\mathrm{to}\:\mathrm{Q}#\mathrm{61470}\right)\:\mathrm{and}\:\mathrm{they}\:\mathrm{are}\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\gamma=−\mathrm{a}\:\wedge\:\delta=−\mathrm{b} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{OR} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\gamma=−\mathrm{b}\:\wedge\:\delta=−\mathrm{a} \\ $$$$\mathcal{H}\mathrm{ence}\:\mathrm{the}\:\mathrm{general}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{to} \\ $$$$\alpha+\beta+\gamma+\delta\:=\:\alpha^{\mathrm{7}} +\beta^{\mathrm{7}} +\gamma^{\mathrm{7}} +\delta^{\mathrm{7}} =\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{is}\:\left\{\alpha,\beta,\gamma,\delta\right\}=\left\{\mathrm{a},\mathrm{b},−\mathrm{a},−\mathrm{b}\right\}\:\mathrm{for}\:\mathrm{real} \\ $$$$\alpha,\beta,\gamma,\delta. \\ $$$$\: \\ $$$$\mathrm{To}\:\mathrm{prove}\:\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\delta\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\alpha\left(\alpha+\beta\right)\left(\alpha+\gamma\right)\left(\alpha+\delta\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:=\mathrm{a}\left(\mathrm{a}+\mathrm{b}\right)\left(\mathrm{a}−\mathrm{a}\right)\left(\mathrm{a}−\mathrm{b}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:=\mathrm{a}\left(\mathrm{a}+\mathrm{b}\right)\left(\mathrm{0}\right)\left(\mathrm{a}−\mathrm{b}\right)=\mathrm{0} \\ $$