2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение06.08.2020, 13:58 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
Solve the system:

$y^2+z^2-2 a y z = 1 - a^2$

$z^2+x^2-2 b z x = 1 - b^2$

$x^2+y^2-2 c x y = 1 - c^2$

where $a$, $b$, $c$ are real parameters.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение06.08.2020, 17:04 
Аватара пользователя


31/08/17
2116
В общем случае можно так подобрать числа $A,B,C$, что замена координат $x\mapsto Ax,\quad y\mapsto By,\quad z\mapsto Cz$ приведет систему уравнений к виду, когда в правой части стоят $\pm 1$. Левая часть при этом не изменится. Приравнивая соответствующие левые части мы получим два уравнения конусов с общей вершиной в нуле и третье уравнение поверхности второго порядка. Конусы пересекаются по нескольким прямым. Долго, нудно.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение06.08.2020, 17:25 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
I received this problem from a Vietnamese guy. The idea was to show the application of hyperbolic trigonometric functions in algebra. I think the problem can be solved also using pure trigonometry. Posted it here to see different ideas and approaches as well as to see if there is a pure algebraic solution.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение06.08.2020, 18:07 
Заслуженный участник


20/12/10
9107
ins- в сообщении #1477662 писал(а):
if there is a pure algebraic solution
Sorry, but for this system, we have no a "good" (elementary or pure algebraic) answer. In general, each of unknowns $x$, $y$, $z$ is a root of a quartic univariable equation. Thus, we need to use the Ferrari method (for instance) or more complicated methods.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение06.08.2020, 20:52 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
I observed something interesting about this system. If any of the variables or parameters is > 1, all the remaining are greater than 1. If it is < 1 all the remaining are < 1.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение06.08.2020, 23:15 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
https://www.wolframalpha.com/input/?i=E ... 2C+z%7D%5D according to the software $x$ can be found after solving an 8-th degree equation, that can be transformed to a 4-th degree one. For this equation is possible to avoid Ferrari's formula (there is no a 3-rd root in the result) but requires lots of calculations and without software it is possible to be not easy for doing. I suspect there'd be something easier.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 00:01 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


26/02/14
568
so dna
ins- в сообщении #1477723 писал(а):
I suspect there'd be something easier.
You're right. The solution is elementary (the answer can be expressed in terms of square roots)

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 00:14 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
In the Modenov's book I found the following system:
$x^2+yz=a$,
$y^2+zx=b$,
$z^2+xy=c$
I'm posting it in this problem topic because of the following - in the book is given a "nice" answer. While if I put it directly in the software some terrible expressions appear. The case with the system I posted at the beginning is possible to be the same. (I don't know how to solve both systems, but it doesn't mean they are not solvable by a person with more experience.)

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 05:45 
Заслуженный участник


20/12/10
9107
ins- в сообщении #1477723 писал(а):
For this equation is possible to avoid Ferrari's formula (there is no a 3-rd root in the result)
It happens that you are lucky :-) Indeed, the Galois group for that equation is $\mathbb{Z}^2 \times \mathbb{Z}^2$. In more elementary terms: the Cardano's resolvent has a rational root.
ins- в сообщении #1477740 писал(а):
While if I put it directly in the software some terrible expressions appear.
In this case, we have $S_4$ as the Galois group for the corresponding equation of 4th degree. So, we need some tricks if we believe that there exists a "good" answer.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 16:16 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
It looks like the answer or the statement in the Modenov's book for the second problem is wrong. I put some of the answers in the equation and they are not identities.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 16:21 
Заслуженный участник


20/12/10
9107
ins- в сообщении #1477850 писал(а):
I put some of the answers in the equation and they are not identities.
Can you write the answer here? What is the mentioned Modenov's book?

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 16:43 
Аватара пользователя


13/10/07
755
Роман/София, България
The statement:
Solve the system -
$x^2+yz=a$
$y^2+zx=b$
$z^2+xy=c$
One of the answers is:
If $a^3+b^3+c^3 - 3abc \ne 0$ then there are two solutions: $\frac{a^2-bc}{\sqrt{a^3+b^3+c^3 - 3abc}}$, $\frac{b^2-ca}{\sqrt{a^3+b^3+c^3 - 3abc}}$, $\frac{c^2-ab}{\sqrt{a^3+b^3+c^3 - 3abc}}$, where the radical can have any of the two possible signs, but the same for the expressions for $x$, $y$, $z$.

If the signs are "-" instead of "+" in all the system's equations the answer they mention is correct.

This makes me to think systems like these requires an extra attention and more time to be solved.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 17:32 
Заслуженный участник


20/12/10
9107
ins- в сообщении #1477854 писал(а):
If the signs are "-" instead of "+" in all the system's equations the answer they mention is correct.
Oh, yes! Как у нас говорят, это две большие разницы. Obviously, we have an errata.

In any case, I recommend to use the Groebner bases technique. (If we want to establish the correct result.)

-- Пт авг 07, 2020 21:56:06 --

I can propose for further experiences the following "more simple" system: $$x^2-y=a, \quad y^2-z=a, \quad z^2-x=a.$$ For $a=2$ we have a nice "trigonometric" solution. What about other values of $a$? I don't know.

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 20:15 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


26/02/14
568
so dna
nnosipov в сообщении #1477857 писал(а):
What about other values of $a$?
Пусть $f(x)=x^2-a$ тогда имеем уравнение $f(f(f(x)))=x$
$f(f(f(x)))-x = (x^2-x-a)$$
\left(x^3-(\sqrt{a-\frac{7}{4}}-\frac{1}{2})x^2-(a+\sqrt{a-\frac{7}{4}}+\frac{1}{2})x+a\sqrt{a-\frac{7}{4}}+\frac{a}{2}-1\right)$$
\left(x^3+(\sqrt{a-\frac{7}{4}}+\frac{1}{2})x^2-(a-\sqrt{a-\frac{7}{4}}+\frac{1}{2})x-a\sqrt{a-\frac{7}{4}}+\frac{a}{2}-1\right)$

 Профиль  
                  
 
 Re: System of equations; 3 equations - 2-nd degree
Сообщение07.08.2020, 20:29 
Заслуженный участник


20/12/10
9107
А что, $7/4$ --- это забавно. Пусть теперь $a=7/4+t^2$, где $t>0$ --- рациональное число. Найти все $t$, при которых оба кубических уравнения имеют "красивые" тригонометрические корни. (Надо посчитать их дискриминанты и потребовать, чтобы они оба были точными квадратами.)

Upd. О, да таких $t$ дофига очень много.
Upd-2. Да они (вот ведь бывает!) все такие. Так что красиво будет не только при $a=2$ (хорошо известный случай), но и, например, при $a=4$.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 17 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group