三次方程 x3+ax2+bx+c=0x^3 + ax^2 + bx + c = 0(其中 aa, bb 和 cc 是常数)有根 3+i3 + \mathrm{i} 和 22。

  1. (i)

    一位 JC2 学生说第三个根是 3−i3 - \mathrm{i}。指出该学生为了使这一说法成立而做出的一个必要假设。

  2. (ii)

    已知第 (i) 部分的假设成立,求 aa, bb 和 cc 的值。

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完整解法

3(i)

1. Identify the condition for complex roots to occur in conjugate pairs

By the Complex Conjugate Root Theorem, if a polynomial has a non-real complex root, its complex conjugate is also a root if and only if all the coefficients of the polynomial are real numbers.
Since the leading coefficient is 11 (a real number), the required assumption for the root 3−i3 - \mathrm{i} to exist alongside 3+i3 + \mathrm{i} is that the remaining coefficients aa, bb, and cc must be real numbers.

答案

The constants aa, bb and cc are real numbers.

3(ii)

1. State all three roots of the cubic equation based on the given assumption.

Given that the assumption in part (i) holds, the coefficients aa, bb, and cc are real numbers. Therefore, the complex roots must occur in conjugate pairs. The three roots are 22, 3+i3+\mathrm{i}, and 3−i3-\mathrm{i}.

2. Form the quadratic factor corresponding to the complex conjugate roots.

(x−(3+i))(x−(3−i))=((x−3)−i)((x−3)+i)=(x−3)2−i2=(x2−6x+9)−(−1)=x2−6x+10\begin{aligned} (x - (3+\mathrm{i}))(x - (3-\mathrm{i})) &= ((x-3) - \mathrm{i})((x-3) + \mathrm{i}) \\ &= (x-3)^2 - \mathrm{i}^2 \\ &= (x^2 - 6x + 9) - (-1) \\ &= x^2 - 6x + 10 \end{aligned}

3. Multiply the quadratic factor by the linear factor to form the cubic polynomial.

(x−2)(x2−6x+10)=x(x2−6x+10)−2(x2−6x+10)=x3−6x2+10x−2x2+12x−20=x3−8x2+22x−20\begin{aligned} (x-2)(x^2 - 6x + 10) &= x(x^2 - 6x + 10) - 2(x^2 - 6x + 10) \\ &= x^3 - 6x^2 + 10x - 2x^2 + 12x - 20 \\ &= x^3 - 8x^2 + 22x - 20 \end{aligned}

4. Compare coefficients with the given cubic equation to find $a$, $b$, and $c$.

Comparing x3−8x2+22x−20=0x^3 - 8x^2 + 22x - 20 = 0 with x3+ax2+bx+c=0x^3 + ax^2 + bx + c = 0, we get:
a=−8a = -8
b=22b = 22
c=−20c = -20

答案

a=−8a = -8, b=22b = 22, c=−20c = -20

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