Suponga que el polinomio cuadrático [matemático] P (x) = ax ^ 2 + bx + c [/ matemático] tiene coeficientes positivos [matemático] a [/ matemático], [matemático] b [/ matemático], [matemático] c [/ matemáticas] en progresión aritmética en ese orden. Si [math] P (x) = 0 [/ math] tiene raíces enteras [math] \ alpha [/ math] y [math] \ beta [/ math], entonces ¿cuál es el valor de [math] \ alpha + \ beta + \ alpha \ beta [/ math]?

[A2A]


Insinuación:

Solo voy a llenar los vacíos en una solución ya existente provista por Arsh Khan: Supongamos que el polinomio cuadrático [matemático] P (x) = ax ^ 2 + bx + c [/ matemático] tiene coeficientes positivos [matemático] a [/ matemática] , [matemática] b [/ matemática] , [matemática] c [/ matemática] en progresión aritmética en ese orden. Si [math] P (x) = 0 [/ math] tiene raíces enteras [math] \ alpha [/ math] y [math] \ beta [/ math] , entonces ¿cuál es el valor de [math] \ alpha + \ beta + \ alpha \ beta [/ math] ?

Hacia esto, después de mostrar que [matemática] x ^ 2 + (n + 1) x + (2n + 1) = 0 [/ matemática] tiene raíces enteras solo para [matemática] n = 7. [/ Matemática]

Tenemos que [matemáticas] x = \ frac {- (n + 1) \ pm \ sqrt {(n + 1) ^ 2 – 4 (2n + 1)}} {2}. [/ Matemáticas]

Para que [math] x [/ math] sea un número entero, necesariamente [math] (n + 1) ^ 2 – 4 (2n + 1) [/ math] tiene que ser un cuadrado perfecto. Esta no es una condición suficiente ya que la raíz cuadrada del cuadrado perfecto agregado a [matemática] – (n + 1) [/ matemática] debe ser un múltiplo de [matemática] 2 [/ matemática]. Podemos preocuparnos por esto más tarde después de encontrar un conjunto factible de [math] n [/ math] ‘s.

Simplificando y completando los cuadrados obtenemos [matemáticas] (n + 1) ^ 2 – 4 (2n + 1) = (n-3) ^ 2 – 12. [/ Matemáticas]

Ahora deje que [math] (n-3) ^ 2 – 12 = l ^ 2. [/ math] Tenga en cuenta que [math] n [/ math] y [math] l [/ math] son ​​enteros. Entonces [matemáticas] (n-3 + l) (n-3-l) = 12. [/ Matemáticas]

Ahora estamos detrás de dos enteros cuyo producto es [matemática] 12 [/ matemática] tal que [matemática] n [/ matemática] y [matemática] l [/ matemática] son ​​enteros. Esto se satisface con [matemática] n-3-l [/ matemática] siendo [matemática] 2 [/ matemática] y [matemática] n-3 + l [/ matemática] siendo [matemática] 6 [/ matemática], por lo tanto nosotros que [matemáticas] n [/ matemáticas] es [matemáticas] 7 [/ matemáticas]. Para esto [matemática] n = 7, [/ matemática] [matemática] x [/ matemática] es [matemática] -3 [/ matemática] o [matemática] -5. [/ Matemática]

Así [matemáticas] \ alpha + \ beta + \ alpha \ beta = 7. [/ Matemáticas]

La pregunta que me llevó 25 minutos en KVPY SA sin recompensar ninguna marca.

[matemáticas] \ alpha + \ beta = \ frac {-b} {a} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ alpha × \ beta = \ frac {c} {a} [/ matemáticas]

a, byc están en AP, [matemática] 2b = a + c [/ matemática], [matemática] cb = ba [/ matemática]

[matemáticas] \ alpha + \ beta + \ alpha × \ beta = \ frac {cb} {a} [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ frac {ba} {a} = \ frac {b} {a} -1 [/ matemáticas]

Deje [math] \ alpha + \ beta + \ alpha × \ beta = n [/ math],

Como [math] \ alpha [/ math] y [math] \ beta [/ math] son ​​enteros, [math] n [/ math] debe ser un entero,

[matemáticas] \ frac {b} {a} -1 = n [/ matemáticas]

[matemáticas] b = a (n + 1) [/ matemáticas]

Entonces la ecuación se convierte en [matemáticas] ax ^ 2 + a (n + 1) x + c = P (x) [/ matemáticas],

[matemáticas] 2a (n + 1) = a + c [/ matemáticas]

[matemáticas] c = 2na + a = a (2n + 1) [/ matemáticas]

[matemáticas] ax ^ 2 + a (n + 1) x + a (2n + 1) = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] x ^ 2 + (n + 1) x + (2n + 1) = 0 [/ matemáticas]

Para dos raíces reales distintas,

[matemáticas] (n + 1) ^ 2–4 (1) (2n + 1)> 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] (n + 1) ^ 2–8n-4> 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] n ^ 2 + 2n + 1–8n-4> 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] n ^ 2–6n-3> 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] n> 3 + 2 \ sqrt {3} [/ matemáticas], [matemáticas] n> 6.464 [/ matemáticas]

o

[matemática] n <3–2 \ sqrt {3} [/ matemática], [matemática] n <-0.464 [/ matemática] (rechazando)

Por lo tanto, [math] n [/ math] [math] \ in [/ math] {[math] 7, ∞ [/ math]}, donde [math] n \ in {\ Z} [/ math] (entero)

O de una manera más comprensible (?)

[matemáticas] n [/ matemáticas] [matemáticas] \ en [/ matemáticas] {[matemáticas] 7, 8, 9,… [/ matemáticas]}

Y, [matemáticas] n = \ alpha + \ beta + \ alpha × \ beta [/ math]

Ahora, la parte difícil,

La ecuación [matemática] x ^ 2 + (n + 1) x + (2n + 1) = 0 [/ matemática] no tiene raíces enteras para ninguna [matemática] n [/ matemática] [matemática] \ en [/ matemática ] [matemática] \ Z [/ matemática] excepto [matemática] n = 7 [/ matemática]. Puede ver fácilmente en el documento de preguntas que lo mismo puede verificarse fácilmente desde las opciones, por lo que realmente no necesita probarlo, pero será bastante interesante.

Por lo tanto, tenemos, [matemáticas] x ^ 2 + 8x + 15 = 0, [/ matemáticas] y

[matemáticas] \ en caja {n = \ alpha + \ beta + \ alpha × \ beta = 7} [/ matemáticas]

El documento de preguntas

Por lo tanto, la opción [matemática] [/ matemática] [matemática] C. 7 [/ matemáticas]

😀