Exemplo de factorização de um polinómio do 4.º grau simétrico

Publicado em 25 de Março de 2019 por Américo Tavares

O polinómio

t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1

é simétrico, ou seja, é da forma

at^{4}+bt^{3}+ct^{2}+bt+a

A sua factorização é da forma

\begin{aligned}t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1 &=(t-t_{1})(t-t_{2})(t-t_{3})(t-t_{4}) \\&=\left( t^{2}-\left( t_{1}+t_{2}\right) t+t_{1}t_{2}\right) \left( t^{2}-\left( t_{3}+t_{4}\right) t+t_{3}t_{4}\right) \end{aligned}

em que t_{i}, i=1,2,3,4, são as raízes. Façamos a mudança de variáveis

x=t+t^{-1}

Se dividirmos a equação

t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1=0

por t^{2}, obtemos a equação equivalente

t^{2}+2t-2+2t^{-1}+t^{-2}=0,\qquad t\neq 0

Para exprimir o 1.º membro em termos de x, reparemos que

x^{2}=\left( t+t^{-1}\right) ^{2}=t^{2}+2+t^{-2}

pelo que

\begin{aligned}t^{2}+2t-2+2t^{-1}+t^{-2} &=(t^{2}+2+t^{-2})+2(t+t^{-1})-4 \\&=x^{2}+2x-4 \end{aligned}

Basta factorizar este polinómio em x

x^{2}+2x-4=\left( x+1-\sqrt{5}\right) \left( x+1+\sqrt{5}\right)

para concluir que

t^{2}+2t-2+2t^{-1}+t^{-2}=\left( t+t^{-1}+1-\sqrt{5}\right) \left( t+t^{-1}+1+\sqrt{5}\right)

Como a equação

t+t^{-1}+1-\sqrt{5}=0

tem as mesmas raízes da equação quadrática

t^{2}+(1-\sqrt{5})t+1=0

a sua soma e produto são

\begin{aligned}t_{1}+t_{2} &=-1+\sqrt{5} \\ t_{1}t_{2} &=1\end{aligned}

O segundo par de raízes provém da equação

t+t^{-1}+1+\sqrt{5}=0

que tem as mesmas raízes de

t^{2}+(1+\sqrt{5})t+1=0

pelo que a sua soma e produto são

\begin{aligned}t_{3}+t_{4}&=-1-\sqrt{5} \\t_{3}t_{4}&=1 \end{aligned}

Combinando os resultados anterior conclui-se que

t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1=\left( t^{2}+\left( 1-\sqrt{5}\right) t+1\right)\left( t^{2}+\left( 1+\sqrt{5}\right) t+1\right)

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Sobre Américo Tavares

eng. electrotécnico reformado / retired electrical engineer
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