13.
多项式 P(x)=(1+x+x2+⋯+x17)2−x17 有 34 个形如 zk =rk[cos(2παk)+isin(2παk)] 的复数零点,其中 k=1,2,3,…,34,0<α1≤α2≤α3 ≤⋯≤α34<1,且 rk>0。已知 α1+α2+α3+α4+α5=m/n,其中 m 和 n 是互质正整数,求 m+n。
The polynomial P(x)=(1+x+x2+⋯+x17)2−x17 has 34 complex zeros of the form zk =rk[cos(2παk)+isin(2παk)], k=1,2,3,…,34, with 0<α1≤α2≤α3 ≤⋯≤α34<1 and rk>0. Given that α1+α2+α3+α4+α5=m/n, where m and n are relatively prime positive integers, find m+n.
答案:482
解答:
当 x=1 时,写成 1+x+⋯+x17=x−1x18−1,所以 (x−1)2P(x)=(x18−1)2−x17(x−1)2=x36−x19−x17+1=(x19−1)(x17−1). 因此 P 的零点是除 1 之外满足 x17=1 或 x19=1 的 34 个复数;它们都在单位圆上,对应角度为 α=17k,其中 (k=1,…,16),以及 α=19k,其中 (k=1,…,18)。
其中最小的五个角为 191<171<192<172<193, 它们的和为 196+173=323102+57=323159。 因为 159=3⋅53,323=17⋅19, 这个分数已是最简, 所以 m+n=159+323=482。
For x=1, write 1+x+⋯+x17=x−1x18−1, so (x−1)2P(x)=(x18−1)2−x17(x−1)2=x36−x19−x17+1=(x19−1)(x17−1). Hence the zeros of P are the 34 complex numbers other than 1 satisfying x17=1 or x19=1; all lie on the unit circle, with angles α=17k (k=1,…,16) and α=19k (k=1,…,18).
The five smallest of these angles are 191<171<192<172<193, whose sum is 196+173=323102+57=323159. Since 159=3⋅53 and 323=17⋅19, this is in lowest terms, and m+n=159+323=482.