Дан многочлен P(x) = x^4 + ax^3 + bx^2 + cx + d, у которого коэффициенты целые и известно, что P(1)=0 и P(-1)=0. Какие методы факторизации и симметрии стоит использовать, чтобы максимально упростить поиск всех возможных P при заданных целочисленных условиях
Коротко — вычленять корни x=1 и x=−1 и использовать чётность/нечётность степеней.
Конкретно:
Так как P111=0 и P−1−1−1=0, многочлен делится на x−1x−1x−1x+1x+1x+1=x^2−1. Поэтому Pxxx = x2−1x^2−1x2−1x2+ux+vx^2 + ux + vx2+ux+v, где u,v — целые потомучтокоэффициентыPцелыепотому что коэффициенты P целыепотомучтокоэффициентыPцелые.
Развернув и сравнив коэффициенты: Pxxx=x^4 + u x^3 + v−1v−1v−1 x^2 − u x − v, откуда a = u, b = v−1, c = −u, d = −v. Следствия удобныесимметрииудобные симметрииудобныесимметрии: a + c = 0, b + d = −1, 1 + a + b + c + d = 0 т.е.суммакоэффициентов=0т.е. сумма коэффициентов = 0т.е.суммакоэффициентов=0.
Поэтому все искомые многочлены задаются парой целых u,vu,vu,v или эквивалентно всеми целыми a,b,c,d, удовлетворяющими c = −a, b + d = −1. Бесконечнаясемейство—никакихдругихограниченийотусловиялишьна±1.Бесконечная семейство — никаких других ограничений от условия лишь на ±1.Бесконечнаясемейство—никакихдругихограниченийотусловиялишьна±1.
Доп. замечания/методы, которые полезно применять:
Подстановка x↦−x даёт те же соотношения для нечётных/чётных коэффициентов антисимметриянечётныхкоэффициентовантисимметрия нечётных коэффициентовантисимметриянечётныхкоэффициентов.
Представление как сумма чётной и нечётной частей: Pxxx = x4+bx2+dx^4 + b x^2 + dx4+bx2+d + ax3−xx^3 − xx3−x удобно для анализа симметрий.
Для поиска кратных корней проверяйте, даёт ли квартический множитель x^2+ux+v нули ±1: — корень 1 кратный, если 1+u+v = 0; — корень −1 кратный, если 1−u+v = 0. В частности, если одновременно оба равенства выполняются, то u=0, v=−1 и Pxxx = x2−1x^2−1x2−1^2.
Если нужны дополнительные целочисленные корни, применяйте теорему о рациональных корнях делителиdделители dделителиd к оставшемуся квадратичному множителю.
Итого: основной и самый простой приём — вынести x2−1x^2−1x2−1 и перейти к параметризации через целые u,v; альтернативно получать те же соотношения сразу суммой и разностью условий P111=0 и P−1−1−1=0.
Коротко — вычленять корни x=1 и x=−1 и использовать чётность/нечётность степеней.
Конкретно:
Так как P111=0 и P−1−1−1=0, многочлен делится на x−1x−1x−1x+1x+1x+1=x^2−1. Поэтому
Pxxx = x2−1x^2−1x2−1x2+ux+vx^2 + ux + vx2+ux+v,
где u,v — целые потомучтокоэффициентыPцелыепотому что коэффициенты P целыепотомучтокоэффициентыPцелые.
Развернув и сравнив коэффициенты:
Pxxx=x^4 + u x^3 + v−1v−1v−1 x^2 − u x − v,
откуда
a = u, b = v−1, c = −u, d = −v.
Следствия удобныесимметрииудобные симметрииудобныесимметрии:
a + c = 0, b + d = −1, 1 + a + b + c + d = 0 т.е.суммакоэффициентов=0т.е. сумма коэффициентов = 0т.е.суммакоэффициентов=0.
Поэтому все искомые многочлены задаются парой целых u,vu,vu,v или эквивалентно всеми целыми a,b,c,d, удовлетворяющими
c = −a, b + d = −1.
Бесконечнаясемейство—никакихдругихограниченийотусловиялишьна±1.Бесконечная семейство — никаких других ограничений от условия лишь на ±1.Бесконечнаясемейство—никакихдругихограниченийотусловиялишьна±1.
Доп. замечания/методы, которые полезно применять:
Подстановка x↦−x даёт те же соотношения для нечётных/чётных коэффициентов антисимметриянечётныхкоэффициентовантисимметрия нечётных коэффициентовантисимметриянечётныхкоэффициентов.
Представление как сумма чётной и нечётной частей: Pxxx = x4+bx2+dx^4 + b x^2 + dx4+bx2+d + ax3−xx^3 − xx3−x удобно для анализа симметрий.
Для поиска кратных корней проверяйте, даёт ли квартический множитель x^2+ux+v нули ±1:
— корень 1 кратный, если 1+u+v = 0;
— корень −1 кратный, если 1−u+v = 0.
В частности, если одновременно оба равенства выполняются, то u=0, v=−1 и Pxxx = x2−1x^2−1x2−1^2.
Если нужны дополнительные целочисленные корни, применяйте теорему о рациональных корнях делителиdделители dделителиd к оставшемуся квадратичному множителю.
Итого: основной и самый простой приём — вынести x2−1x^2−1x2−1 и перейти к параметризации через целые u,v; альтернативно получать те же соотношения сразу суммой и разностью условий P111=0 и P−1−1−1=0.