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Algebra · real student question

Resolver x²((8.9 − x)² − 64) = (71 × 8.9 − 79x)² para todo x real.

Question

Resolver para todo xx real:

x2((8.9−x)2−64)=(71⋅8.9−79x)2x^2\left((8.9-x)^2-64\right)=(71\cdot 8.9-79x)^2

Step-by-step solution

  1. Reduce las constantes y desarrolla los dos lados. Primero, 71⋅8.9=631.971\cdot 8.9=631.9. A la izquierda,

    (8.9−x)2−64=x2−17.8x+79.21−64=x2−17.8x+15.21(8.9-x)^2-64=x^2-17.8x+79.21-64=x^2-17.8x+15.21

    Izq=x2(x2−17.8x+15.21)=x4−17.8x3+15.21x2\text{Izq}=x^2(x^2-17.8x+15.21)=x^4-17.8x^3+15.21x^2

    A la derecha, con 792=624179^2=6241, 2(631.9)(79)=99840.22(631.9)(79)=99840.2 y 631.92=399297.61631.9^2=399297.61:

    Der=6241x2−99840.2x+399297.61\text{Der}=6241x^2-99840.2x+399297.61

  2. Pasa todo a un lado. Restando el lado derecho del izquierdo:

    x4−17.8x3+(15.21−6241)x2+99840.2x−399297.61=0x^4-17.8x^3+(15.21-6241)x^2+99840.2x-399297.61=0

    x4−17.8x3−6225.79x2+99840.2x−399297.61=0x^4-17.8x^3-6225.79x^2+99840.2x-399297.61=0

    Llamemos a esto f(x)f(x). Observa que el cuadrado ya venía hecho de fábrica —el enunciado es la forma elevada al cuadrado—, así que toda raíz real de esta cuártica es una solución genuina: no hay nada extraño que descartar.

  3. Localiza los cambios de signo para acotar las raíces reales. Evaluando ff en unos cuantos puntos:

    f(−90)≈1.877×107,f(−80)≈1.842×106,f(−70)≈−7.779×106f(-90)\approx 1.877\times 10^{7},\quad f(-80)\approx 1.842\times 10^{6},\quad f(-70)\approx -7.779\times 10^{6}

    f(0)=−399297.61,f(80)≈−410738,f(81)≈427422f(0)=-399297.61,\quad f(80)\approx -410738,\quad f(81)\approx 427422

    Hay un cambio de signo entre −80-80 y −70-70, y otro entre 8080 y 8181. Como una cuártica tiene a lo sumo cuatro raíces reales y el coeficiente principal es positivo, esos dos intervalos contienen una raíz cada uno.

  4. Afina las dos raíces. El método de Newton dentro de cada intervalo converge a

    x1≈−78.5149849012,x2≈80.4985052279x_1\approx -78.5149849012,\qquad x_2\approx 80.4985052279

    Sustituyendo de vuelta en x2((8.9−x)2−64)−(631.9−79x)2x^2((8.9-x)^2-64)-(631.9-79x)^2 se obtienen residuos de magnitud menor que 10−710^{-7}, así que ambas son genuinas.

  5. Demuestra que no hay más raíces reales: este es el paso que importa. En todo el intervalo [0,80][0,80] la cuártica nunca se vuelve positiva: su mayor valor allí es de unos −3992-3992, alcanzado cerca de x≈7.909x\approx 7.909. Como f<0f<0 a lo largo de todo ese tramo, ninguna raíz puede esconderse dentro. Para x<−78.51x<-78.51 y x>80.50x>80.50 la cuártica crece en magnitud y se mantiene positiva, y en (−78.51,0)(-78.51,0) se mantiene negativa. Así que existen exactamente dos raíces reales; las otras dos son el par complejo 7.90824±0.79772i7.90824\pm 0.79772i.

  6. Desconfía de la respuesta de cuatro raíces, que parece plausible. Una solución que circula con frecuencia enumera x≈−86.19, 6.9982, 8.9387, 88.055x\approx-86.19,\ 6.9982,\ 8.9387,\ 88.055. Prueba directamente las dos centrales: f(6.9982)≈−9205f(6.9982)\approx -9205 y f(8.9387)≈−10628f(8.9387)\approx -10628, ambas muy lejos de cero, exactamente como predice la cota en [0,80][0,80]. Siempre que alguien reporte una cuártica con cuatro raíces reales, sustituye al menos una: el signo de ff en todo un intervalo es la refutación más barata que existe.

Answer

x≈−78.5149849012yx≈80.4985052279x\approx -78.5149849012\quad\text{y}\quad x\approx 80.4985052279

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