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Re: [obm-l] Problemas em aberto IV



On Sun, Mar 02, 2003 at 11:12:21AM -0300, A. C. Morgado wrote:
> O Luís Lopes mandou ha algum tempo:
> Prove que
> tan(3*Pi/11) + 4*sin(2*Pi/11) = sqrt(11).
> 
> Embora eu tenha uma ideia muito clara do que fazer (usar trigonometria 
> do tempo dos gregos, isto eh, construir um conveniente quadrilatero 
> inscrito e aplicar o teorema de Ptolomeu), quando tentei nao consegui. 

Eu fiz algo bem diferente; usei álgebra e maple:


> pp := ((z^3 - z^(-3)) + 2*(z^2 - z^(-2\
> ))*(z^3 + z^(-3)))^2 + 11*(z^3 + z^(-3))^2;
             / 3    1       / 2    1  \ / 3    1  \\2      / 3    1  \2
       pp := |z  - ---- + 2 |z  - ----| |z  + ----||  + 11 |z  + ----|
             |       3      |       2 | |       3 ||       |       3 |
             \      z       \      z  / \      z  //       \      z  /

> p1 := expand(pp);
              2    4        4    4        8      6    4        10    4      4
 p1 := 4 + 4 z  + ---- + 4 z  + ---- + 4 z  + 4 z  + ---- + 4 z   + ---- + ---
                    2             4                    6              8     10
                   z             z                    z              z     z

> p2 := expand(z^10 * p1);
         10      12      8      14      6      18      16      4      20
p2 := 4 z   + 4 z   + 4 z  + 4 z   + 4 z  + 4 z   + 4 z   + 4 z  + 4 z

          2
     + 4 z  + 4

> factor(p2);
    5    6    4    7    3    9    8    2    10
4 (z  + z  + z  + z  + z  + z  + z  + z  + z   + z + 1)

      10    9    8    7    6    5    4    3    2
    (z   - z  + z  - z  + z  - z  + z  - z  + z  - z + 1)

A idéia é que z = exp(Pi*i/11).
Temos tan(3*Pi/11) = -i (z^3 - z^(-3))/(z^3 + z^(-3)),
sin(2*Pi/11) = -i/2 * (z^2 - z^(-2)) donde após pequenas
simplificações queremos verificar que pp acima vale 0.
Expandimos, fatoramos e descobrimos que pp é múltiplo de
z^10 - z^9 + z^8 - ... - z + 1. Ora, este polinômio de fator
tem exp(Pi*i/11) por raiz.

Observe que as contas não são tão pesadas assim,
daria para fazer na mão.

Claro que o Luís Lopes e o Morgado podem achar que uma solução
geométrica seria mais elegante...

[]s, N.
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