Question Number 202873 by lorance last updated on 05/Jan/24
$${if}\:{x}^{\mathrm{4}} −{x}−\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{S}\:\&\:\mathrm{P}\:{are}\:+\:\&\:×\:{real}\:{roots} \\ $$$${what}\:{is}\:{value}\:{of}\:\mathrm{4}{P}^{\mathrm{2}} \:+{S}^{\mathrm{2}} ? \\ $$
Commented by Frix last updated on 05/Jan/24
$${x}^{\mathrm{4}} +{px}+{q}=\mathrm{0} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} ={a} \\ $$$${x}_{\mathrm{2}} ={b} \\ $$$${x}_{\mathrm{3},\:\mathrm{4}} =−\frac{{a}+{b}}{\mathrm{2}}\pm\frac{\sqrt{\mathrm{3}{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{ab}+\mathrm{3}{b}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{2}}\mathrm{i} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$${x}^{\mathrm{4}} −\left({a}+{b}\right)\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right){x}+{a}\left({a}^{\mathrm{2}} +{ab}+{b}^{\mathrm{2}} \right){b}=\mathrm{0} \\ $$$${p}=−\left({a}+{b}\right)\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)\wedge{q}={a}\left({a}^{\mathrm{2}} +{ab}+{b}^{\mathrm{2}} \right){b} \\ $$$$\mathrm{You}\:\mathrm{ask}\:\mathrm{for}\:\mathrm{4}{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} +\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} ={r} \\ $$$$\mathrm{Let}\:{u}={a}+{b}\wedge{v}={ab} \\ $$$${p}=\mathrm{2}{uv}−{u}^{\mathrm{3}} \\ $$$${q}={u}^{\mathrm{2}} {v}−{v}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{This}\:\mathrm{doesn}'\mathrm{t}\:\mathrm{lead}\:\mathrm{to}\:\mathrm{any}\:\mathrm{nice}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{for} \\ $$$${r}={u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{v}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{generally}\:\mathrm{and}\:\mathrm{also}\:\mathrm{not}\:\mathrm{with}\:\mathrm{the} \\ $$$$\mathrm{given}\:{p}=−\mathrm{1}\wedge{q}=−\mathrm{3}: \\ $$$$\mathrm{2}{uv}−{u}^{\mathrm{3}} =−\mathrm{1}\:\Rightarrow\:{v}=\frac{{u}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}{u}} \\ $$$${u}^{\mathrm{2}} {v}−{v}^{\mathrm{2}} =−\mathrm{3}\:\Rightarrow\:{u}^{\mathrm{6}} +\mathrm{12}{u}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$${u}=\pm\sqrt{\sqrt[{\mathrm{3}}]{\frac{\sqrt{\mathrm{257}}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}−\sqrt[{\mathrm{3}}]{\frac{\sqrt{\mathrm{257}}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}} \\ $$$${r}={u}^{\mathrm{4}} +{u}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{u}+\frac{\mathrm{1}}{{u}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{No}\:\mathrm{chance}\:\mathrm{for}\:\mathrm{something}\:\mathrm{useable}… \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 05/Jan/24
$${let}\:{a},{b}\:{are}\:{real}\:{and}\:{c},{d}\:{are}\:{imaginary}\:{roots}. \\ $$$$\left({x}−{a}\right)\left({x}−{b}\right)\left({x}−{c}\right)\left({x}−{d}\right)=\:{x}^{\mathrm{4}} −{x}−\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$${x}^{\mathrm{4}} −\left({a}+{b}+{c}+{d}\right){x}^{\mathrm{3}} +\left({ab}+{ac}+{ad}+{bc}+{bd}+{cd}\right){x}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\:−\left({abc}+{abd}+{acd}+{bcd}\right){x}+{abcd}\:=\:{x}^{\mathrm{4}} −{x}−\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+{b}+{c}+{d}=\mathrm{0}\:\wedge\:{ab}+{ac}+{ad}+{bc}+{bd}+{cd}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\wedge\:{abc}+{abd}+{acd}+{bcd}=\mathrm{1}\:\wedge\:{abcd}=−\mathrm{3} \\ $$$$\left({a}+{b}+{c}+{d}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{0}^{\mathrm{2}} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} +{c}^{\mathrm{2}} +{d}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\left({ab}+{ac}+{ad}+{bc}+{bd}+{cd}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} +{c}^{\mathrm{2}} +{d}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$….. \\ $$$$… \\ $$