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五次多项式根的特定乘积表达式求解及替代方法咨询

五次多项式根的特定乘积表达式求解及替代方法咨询

嗨,这个问题其实可以利用多项式的特殊性质来解决,不用硬算合成除法找根,咱们一步步来分析:

第一步:识别多项式的特殊类型

观察给定的多项式:
$$10x5+37x4-83x3-83x2+37x+10$$
它的系数是对称的(从前往后和从后往前完全一致:10, 37, -83, -83, 37, 10),这类多项式叫做互反多项式(回文多项式),核心性质是:如果$r$是它的根,那么$\frac{1}{r}$也必然是它的根。

另外,因为这是奇数次互反多项式,$x=-1$一定是根(代入验证:$10(-1)5+37(-1)4-83(-1)3-83(-1)2+37(-1)+10=-10+37+83-83-37+10=0$),所以$(x+1)$是这个多项式的一个因子。

第二步:分解多项式

我们把原多项式除以$(x+1)$,得到四次互反多项式:
$$10x5+37x4-83x3-83x2+37x+10=(x+1)(10x^4 + 27x^3 - 110x^2 + 27x + 10)$$

对于这个四次互反多项式,我们两边除以$x^2$,整理后换元简化:
$$10x^2 + 27x - 110 + \frac{27}{x} + \frac{10}{x^2}=0$$
$$10\left(x2+\frac{1}{x2}\right)+27\left(x+\frac{1}{x}\right)-110=0$$

令$y=x+\frac{1}{x}$,注意$x2+\frac{1}{x2}=y^2-2$,代入后得到二次方程:
$$10(y^2-2)+27y-110=0$$
$$10y^2+27y-130=0$$

解这个二次方程,用求根公式得到:
$$y=\frac{-27\pm\sqrt{27^2+4\times10\times130}}{20}=\frac{-27\pm77}{20}$$
即$y_1=\frac{5}{2}$,$y_2=-\frac{26}{5}$

第三步:求解所有根

分别解$x+\frac{1}{x}=\frac{5}{2}$和$x+\frac{1}{x}=-\frac{26}{5}$:

  • 对于$x+\frac{1}{x}=\frac{5}{2}$,整理得$2x^2-5x+2=0$,根为$x=2$和$x=\frac{1}{2}$
  • 对于$x+\frac{1}{x}=-\frac{26}{5}$,整理得$5x^2+26x+5=0$,根为$x=-5$和$x=-\frac{1}{5}$

加上之前的根$x=-1$,所有五个根为:$-5, -1, -\frac{1}{5}, \frac{1}{2}, 2$,按从小到大排序得$a=-5$,$b=-1$,$c=-\frac{1}{5}$,$d=\frac{1}{2}$,$e=2$

第四步:计算目标表达式

代入目标式$(a + b)(b + c)(c + d)(d + e)(e + a)$:

  • $a+b=-5+(-1)=-6$
  • $b+c=-1+(-\frac{1}{5})=-\frac{6}{5}$
  • $c+d=-\frac{1}{5}+\frac{1}{2}=\frac{3}{10}$
  • $d+e=\frac{1}{2}+2=\frac{5}{2}$
  • $e+a=2+(-5)=-3$

将这些值相乘:
$$(-6)\times\left(-\frac{6}{5}\right)\times\frac{3}{10}\times\frac{5}{2}\times(-3)=-\frac{81}{5}$$

关于Vieta定理的使用说明

你提到尝试用Vieta定理但没找到思路,其实对于这类特殊结构的多项式,先利用互反多项式的性质分解求根会比直接展开对称式高效得多——如果硬要通过Vieta展开目标表达式,需要处理大量的对称项组合,计算量会非常大,而借助多项式的特殊性质可以大幅简化过程。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Ansere

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