Exercise 2.2.11

Let the roots of y 3 + 2 y 2 3 y + 5 be α , β , γ . Find polynomials with integers coefficients that have the following roots:

(a)
αβ , αγ and βγ .
(b)
α + 1 , β + 1 , and γ + 1 .
(c)
α 2 , β 2 , and γ 2 .

Answers

(a)
f = y 3 + 2 y 2 3 y + 5 = ( y α ) ( y β ) ( y γ ) = y 3 σ 1 y 2 + σ 2 y σ 3 ,

so σ 1 = 2 , σ 2 = 3 , σ 3 = 5 .

g = ( y αβ ) ( y αγ ) ( y βγ ) = y 3 ( αβ + αγ + βγ ) y 2 + ( α 2 βγ + α β 2 γ + αβ γ 2 ) y + α 2 β 2 γ 2 = y 3 σ 2 y 2 + σ 3 σ 1 y + σ 3 2 = y 3 + 3 y 2 + 10 y + 25 .

y 3 + 3 y 2 + 10 y + 25 is the polynomial whose roots are αβ , αγ , βγ .

(b)
g = ( y α 1 ) ( y β 1 ) ( y γ 1 ) = f ( y 1 ) = ( y 1 ) 3 + 2 ( y 1 ) 2 3 ( y 1 ) + 5 = y 3 3 y 2 + 3 y 1 + 2 y 2 4 y + 2 3 y + 3 + 5 = y 3 y 2 4 y + 9 .
(c)
Let h ( y ) = ( y α 2 ) ( y β 2 ) ( y γ 2 ) . Then h ( y 2 ) = ( y 2 α 2 ) ( y 2 β 2 ) ( y 2 γ 2 ) = ( y α ) ( y β ) ( y γ ) ( y + α ) ( y + β ) ( y + γ ) = ( y 3 + 2 y 2 3 y + 5 ) ( y 3 2 y 2 3 y 5 ) = ( y 3 3 y ) 2 ( 2 y 2 + 5 ) 2 = y 6 6 y 4 + 9 y 2 4 y 4 20 y 2 25 = y 6 10 y 4 11 y 2 25 .

Thus

h ( y ) = ( y α 2 ) ( y β 2 ) ( y γ 2 ) = y 3 10 y 2 11 y 25 .

(In particular, σ 2 ( α 2 , β 2 , γ 2 ) = 11 , which we can verify directly :

α 2 β 2 + α 2 γ 2 + β 2 γ 2 = σ 2 2 2 σ 1 σ 3 = 9 20 = 11 .)

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2022-07-19 00:00
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