■正多角形の作図と原始根(その160)
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.
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τν=1/5・Σα^(j-1)νρj
ρk=1/5・Σα^(1-k)ντν
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)
とし,次の関係式に注意する.
ρj^2=ρj+1+2,jmod5
ρ1ρ2=ρ1+ρ4,ρ1ρ3=ρ4+ρ5,ρ1ρ4=ρ2+ρ3
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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a=z+z^10=z+1/z
b=z^2+z^9
c=z^3+z^8
d=z^4+z^7
e=z^5+z^6とおく。
これはファンデルモンドの考えた方法である。
x^5=1の複素数根をw,w^2,w^3,w^4としてw^5=1,1+w+w^2+w^3+w^4=0
α=a+bw+cw^2+dw^3+ew^4
β=a+bw^2+cw+dw^4+ew^3
γ=a+bw^3+cw^4+dw+ew^2
δ=a+bw^4+cw^2+dw^3+ew
とおくと
a=(α+β+γ+δ-1)/5
b=(αw^4+βw^3+γw^2+δw-1)/5
c=(αw^2+βw^4+γw+δw^3-1)/5
d=(αw^3+βw+γw^4+δw^2-1)/5
e=(αw+βw^2+γw^3+δw^4-1)/5
α^5=-194-128w+257w^2-18w^3+92w^4
β^5=-194-128w^2+257w^4-18w+92w^3
γ^5=-194-128w^3+257w-18w^4+92w^2
δ^5=-194-128w^4+257w^3-18w^2+92w
w={-1+√5+i(10+2√5)^1/2}/4
w^2={-1-√5+i(10-2√5)^1/2}/4
w^3={-1-√5-i(10-2√5)^1/2}/4
w^4={-1+√5-i(10+2√5)^1/2}/4
より
α=[-11/4{89+25√5+i(45(5-2√5)^1/2-5(5+2√5)^1/2}]^1/5
β=[-11/4{89-25√5+i(45(5+2√5)^1/2+5(5-2√5)^1/2}]^1/5
γ=[-11/4{89-25√5-i(45(5+2√5)^1/2+5(5-2√5)^1/2}]^1/5
δ=[-11/4{89+25√5-i(45(5-2√5)^1/2-5(5+2√5)^1/2}]^1/5
a=(α+β+γ+δ-1)/5に代入すればa=z+1/z=2cos(2π/11)がわかるはずであるが、実際はもっと複雑な式になるという
cos(2π/11)=-1/10+w/10(α)+w/10(β)+w^4/10(γ)+w^4/10(δ)
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cos(4π/11)=-1/10+1/10(α)+w^4/10(β)+w/10(γ)+1/10(δ)
cos(6π/11)=-1/10+w^3/10(α)+1/10(β)+1/10(γ)+w^2/10(δ)
cos(8π/11)=-1/10+w^4/10(α)+w^2/10(β)+w^3/10(γ)+w/10(δ)
cos(10π/11)=-1/10+w^2/10(α)+w^3/10(β)+w^2/10(γ)+w^3/10(δ)
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