■正多角形の作図と原始根(その144)

 n=11の場合もy=x+1/xとおくと,5次方程式

  y^5+y^4−4y^3−3y^2+3y+1=0

に帰着する.ここではn=11のとき(平方根でなく)ベキ根の組み合わせ根を用いて表現できることを確かめたい.特殊な方程式であることを積極的に活用するのである.

ρ1+ρ2+・・・+ρ5=-1

ρ1ρ2+ρ2ρ3+・・・+ρ4ρ5=-4

ρ1ρ2ρ3+ρ2ρ3ρ4+・・・+ρ3ρ4ρ5=3

ρ1ρ2ρ3ρ4+・・・+ρ2ρ3ρ4ρ5=3

ρ1ρ2ρ3ρ4ρ5=-1

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  τν=1/5・Σα^(j-1)νρj=1/5{ρ1+a^vρ2+a^2vρ3+a^3ρ4+a^4vρ5}

  ρk=1/5・Σα^(1-k)ντν=1/5{τ1+a^vτ2+a^2vτ3+a^3τ4+a^4vτ5}

とおき,集合{τ1^5,τ2^5,τ3^5,τ4^5}を考える.

  ρj=2cos(2^j-1・2π/11)=e(2^j-1/11)+e(−2^j-1/11)

ρ1=2cos(2π/11)

ρ2=2cos(4π/11)

ρ3=2cos(8π/11)

ρ4=2cos(16π/11)=2cos(6π/11)

ρ5=2cos(32π/11)=2cos(10π/11)と訂正した

とし,次の関係式に注意する.

  ρj^2=ρj+1+2,jmod5

cos(4π/11)=2{cos(2π/11)}^2-1

cos(4π/11)+1=2{cos(2π/11)}^2

2cos(4π/11)+2={2cos(2π/11)}^2

  ρ1^2=ρ2+2,jmod5

  ρ1ρ2=ρ1+ρ4,ρ1ρ3=ρ4+ρ5,ρ1ρ4=ρ2+ρ3

cos(2π/11)cos(4π/11)=1/2{cos(6π/11)+cos(2π/11)}

2cos(2π/11)・2cos(4π/11)={2cos(6π/11)+2cos(2π/11)}

  ρ1ρ5=ρ3+ρ5,ρ2ρ3=ρ3+ρ5,ρ2ρ4=ρ1+ρ5

  ρ2ρ5=ρ3+ρ4,ρ3ρ4=ρ1+ρ3,ρ3ρ5=ρ1+ρ2

  ρ4ρ5=ρ2+ρ4

これより,

  τν^5=ΣMνk(α)ρk

 また,巡回置換σ:ρj→ρj+1,jmod5ρとこれらの関係式は交換可能.したがって,

 (ρ1ρ2)^σ=ρ1^σ+ρ4^σ=ρ2+ρ3=ρ2ρ3=ρ1^σρ2^σ

とくに,

 (τν^5)^σ=(τν^σ)^5=(α^-στν)^5=τν^5

これより

  τν^5=1/5・Σ(τν^5)^σ^e=1/5・ΣΣMνk(α)ρk+e

=−1/5・ΣMνk(α)

  ρk=1/5・Σα^(1-k)ντν

であるから,cos(2π/11)はQ[e(1/5)]の元の5乗根をもって表現される.

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x=2π/11

cosx+cos2x+cos3x+cos4x+cos5x=cos3xsin(5x/2)/sin(x/2)

Σ(cosrx)^2=5/2+cos6xsin5x/2sinx

cos(π/11)cos(2π/11)cos(3π/11)・・・cos(21π/11)=-1/2^20

cos(π/11)cos(2π/11)cos(3π/11)cos(4π/11)cos(5π/11)=1/32

{-cos(10π/11)}cos(2π/11){-cos(8π/11)}cos(4π/11){-cos(6π/11)}=1/32

cos(2π/11)cos(4π/11)cos(6π/11)cos(8π/11)cos(10π/11)=-1/32

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