■チェビシュフ多項式と正多角形(その3)

 z=cosπ/7+isinπ/7=

 z=cos2π/14+isin2π/14

を解とする方程式は

  z^14=1

  z^13+z^12・・・・+z+1=0

であるが,cosπ/7を解とする方程式を考えてみよう.

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  θ=π/7,7θ=πより,

  cos(3θ+4θ)=−1

  cos(3θ)=−cos(4θ)

 3倍角の公式は

  cos(3θ)=4cos^3θ−3cosθ

4倍角の公式を知らなければ,倍角の公式を2回適用して

  cos(4θ)=2cos^22θ−1=8cos^4θ−8cos^2θ+1

 したがって,cosπ/7を解とする方程式は

  4x^3−3x=−8x^4+8x^2−1→T3(x)=-T4(x)と同値

  8x^4+4x^3−8x^2−3x+1=0

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 実は,この方程式はcosπ/7のみならず,cos3π/7,cos5π/7,cos7π/7=cosπ=−1も解となる.

 したがって,

  8x^4+4x^3−8x^2−3x+1=0

  (x+1)(8x^3−4x^2−4x+1)=0

と因数分解できる.

 cosπ/7,cos3π/7,cos5π/7は,

  8x^3−4x^2−4x+1=0

の3根となる.

 根と係数の関係より

  cosπ/7+cos3π/7+cos5π/7=4/8=1/2

  cosπ/7・cos3π/7・cos5π/7=−1/8

が示される.

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[雑感]元々の問題は

  cosπ/7−cos2π/7+cos3π/7=1/2

を示せというものだったらしいが,

  −cos2π/7=cos5π/7

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