Question Number 56138 by gunawan last updated on 11/Mar/19
$$\mathrm{The}\:\mathrm{pisitive}\:\mathrm{value}\:\mathrm{of}\:\:{a}\:\mathrm{so}\:\mathrm{that}\:\mathrm{the} \\ $$$$\mathrm{coefficient}\:\mathrm{of}\:{x}^{\mathrm{5}} \:\mathrm{and}\:{x}^{\mathrm{15}} \:\mathrm{are}\:\mathrm{equal}\:\mathrm{in}\:\mathrm{the} \\ $$$$\mathrm{expansion}\:\mathrm{of}\:\left({x}^{\mathrm{2}} +\:\frac{{a}}{{x}^{\mathrm{3}} }\right)^{\mathrm{10}} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 11/Mar/19
$${we}\:{have}\:\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\frac{{a}}{{x}^{\mathrm{3}} }\right)^{\mathrm{10}} \:=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{10}} \:{C}_{\mathrm{10}} ^{{k}} \:\left({x}^{\mathrm{2}} \right)^{{k}} \left({ax}^{−\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{10}−{k}} \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{10}} \:{C}_{\mathrm{10}} ^{{k}} \:{x}^{\mathrm{2}{k}} \:{a}^{\mathrm{10}−{k}} \:{x}^{−\mathrm{30}+\mathrm{3}{k}} \:=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{10}} \:{C}_{\mathrm{10}} ^{{k}} \:{a}^{\mathrm{10}−{k}} \:{x}^{\mathrm{5}{k}−\mathrm{30}} \\ $$$${the}\:{coefficient}\:{of}\:{x}^{\mathrm{5}} \:{is}\:\lambda_{\mathrm{5}} \:/\mathrm{5}{k}−\mathrm{30}=\mathrm{5}\:\Rightarrow{k}\:=\mathrm{7}\:\Rightarrow \\ $$$$\lambda_{\mathrm{5}} =\:{C}_{\mathrm{10}} ^{\mathrm{7}} \:{a}^{\mathrm{3}} \:\:\:\:{also}\:{the}\:{coefgicient}\:{of}\:{x}^{\mathrm{15}} \:{is}\:\lambda_{\mathrm{15}} /\mathrm{5}{k}−\mathrm{30}=\mathrm{15}\:\Rightarrow\mathrm{5}{k}=\mathrm{45}\:\Rightarrow{k}=\mathrm{9} \\ $$$$\Rightarrow\lambda_{\mathrm{15}} ={C}_{\mathrm{10}} ^{\mathrm{9}} \:{a}\:\:{so}\:\lambda_{\mathrm{5}} =\lambda_{\mathrm{15}} \:\Rightarrow{C}_{\mathrm{10}} ^{\mathrm{7}} {a}^{\mathrm{3}} ={C}_{\mathrm{10}} ^{\mathrm{9}} \:{a}\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{10}!}{\mathrm{7}!\mathrm{3}!}\:{a}^{\mathrm{3}} \:=\mathrm{10}{a}\:\Rightarrow\frac{\mathrm{10}\:.\mathrm{9}.\mathrm{8}}{\mathrm{6}}{a}^{\mathrm{3}} \:=\mathrm{10}\:{a}\:\Rightarrow\frac{\mathrm{3}.\mathrm{3}.\mathrm{4}.\mathrm{2}}{\mathrm{3}.\mathrm{2}}\:{a}^{\mathrm{3}} \:={a}\:\Rightarrow\mathrm{12}{a}^{\mathrm{3}} −{a}\:=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$${a}\left(\mathrm{12}{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\:=\mathrm{0}\:\Rightarrow{a}=\mathrm{0}\:{or}\:\mathrm{12}{a}^{\mathrm{2}} =\mathrm{1}\:\Rightarrow{a}=\mathrm{0}\:{or}\:{a}\:=\overset{−} {+}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\:. \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 11/Mar/19
$${but}\:{a}>\mathrm{0}\:\Rightarrow{a}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\:. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 11/Mar/19
$${r}+\mathrm{1}\:{th}\:{term}\:\:{contains}\:{x}^{\mathrm{5}} \\ $$$$\mathrm{10}{c}_{{r}} \left({x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{10}−{r}} \left(\frac{{a}}{{x}^{\mathrm{3}} }\right)^{{r}} \\ $$$$=\mathrm{10}{c}_{{r}} ×{x}^{\mathrm{20}−\mathrm{2}{r}−\mathrm{3}{r}} ×{a}^{{r}} \\ $$$${given}\:\mathrm{20}−\mathrm{5}{r}=\mathrm{5} \\ $$$$\mathrm{5}{r}=\mathrm{15}\rightarrow{r}=\mathrm{3} \\ $$$$\mathrm{10}{c}_{\mathrm{3}} ×{x}^{\mathrm{20}−\mathrm{5}×\mathrm{3}} ×{a}^{\mathrm{3}} \rightarrow\frac{\mathrm{10}!}{\mathrm{3}!\mathrm{7}!}×{a}^{\mathrm{3}} ×{x}^{\mathrm{5}} \\ $$$$… \\ $$$${r}_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}{th}\:{term}\:{contsins}\:{x}^{\mathrm{15}} \\ $$$$\mathrm{10}{c}_{{r}_{\mathrm{1}} } ×{x}^{\mathrm{20}−\mathrm{5}{r}_{\mathrm{1}} } ×{a}^{{r}_{\mathrm{1}} } \\ $$$$\mathrm{20}−\mathrm{5}{r}_{\mathrm{1}} =\mathrm{15}\rightarrow\mathrm{5}{r}_{\mathrm{1}} =\mathrm{5}\:\:\:\:{r}_{\mathrm{1}} =\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{10}{c}_{\mathrm{1}} ×{x}^{\mathrm{15}} ×{a}^{\mathrm{1}} \rightarrow\frac{\mathrm{10}!}{\mathrm{1}!\mathrm{9}!}×{a}^{\mathrm{1}} ×{x}^{\mathrm{15}} \\ $$$${according}\:{to}\:{question} \\ $$$$\frac{\mathrm{10}!}{\mathrm{3}!\mathrm{7}!}{a}^{\mathrm{3}} =\frac{\mathrm{10}!}{\mathrm{1}!\mathrm{9}!}{a}^{\mathrm{1}} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{3}×\mathrm{2}×\mathrm{7}!}{\mathrm{9}×\mathrm{8}×\mathrm{7}!}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}×\mathrm{4}} \\ $$$${a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}} \\ $$