许以超习题

\begin{example} 设域$F$上多项式$f(x)$被$x-1,x-2,x-3$除后,余式分别为$4,8,16$.试求$f(x)$被$(x-1)(x-2)(x-3)$除后的余式. \end{example}
\begin{solution} $12$. \end{solution}

\begin{example} 给定正整数$n$,试证:存在正整数$m$,使得域$\mathbb{F}$上多项式 \[ \left( 1+x \right) \left( 1+x^2 \right) \cdots \left( 1+x^{2^n} \right) =1+x+x^2+\cdots +x^m. \] \end{example}
\begin{solution} 注意到 \begin{align*} \left( 1+x \right) \left( 1+x^2 \right) \cdots \left( 1+x^{2^n} \right) &=\frac{\left( 1-x \right) \left( 1+x \right) \left( 1+x^2 \right) \cdots \left( 1+x^{2^n} \right)}{1-x} \\ &=\frac{\left( 1-x^2 \right) \left( 1+x^2 \right) \cdots \left( 1+x^{2^n} \right)}{1-x}=\cdots =\frac{1-x^{2^{n+1}}}{1-x} \\ &=1+x+x^2+\cdots +x^{2^{n+1}-1}, \end{align*} 即$m=2^{n+1}-1$. \end{solution}

\begin{example} 试计算复多项式 \[ x^n+\left( a+b \right) x^{n-1}+\left( a^2+ab+b^2 \right) x^{n-2}+\cdots +\left( a^n+a^{n-1}b+\cdots +ab^{n-1}+b^n \right) \] 的根的方幂和$S_1,S_2,\cdots,S_n$. \end{example}
\begin{solution} 等价于$x^n+\frac{a^2-b^2}{a-b}x^{n-1}+\frac{a^3-b^3}{a-b}x^{n-2}+\cdots +\frac{a^n-b^n}{a-b}$. \end{solution}


\begin{example} 对任意$x_j\in (0,1/2],j=1,2,\cdots,n$和正整数$n$,证明不等式 \[ \frac{\prod_{j=1}^n{x_j}}{\left( \sum_{j=1}^n{x_j} \right) ^n}\le \frac{\prod_{j=1}^n{\left( 1-x_j \right)}}{\left( \sum_{j=1}^n{\left( 1-x_j \right)} \right) ^n}.\] \end{example}
\begin{solution}
等价于证明
j=1nxj(j=1nxj)nj=1n(1xj)(nj=1nxj)n(nj=1nxj)n(j=1nxj)nj=1n(1xj)j=1nxj,

(nj=1nxj1)nj=1n(1xj1)ln(nj=1nxj1)j=1nln(1xj1)n.

考虑辅助函数f(x)=ln(1x1),由Jensen不等式即可.
\end{solution}


\begin{example} 计算 \[ \sum_{j=1}^{n-1}{\frac{1}{1-\exp \left\{ \frac{2\pi ij}{n} \right\}}}. \] \end{example}
\begin{solution}
(2011年清华金秋营)设εn=e2πin,试求: k=0n111εnkt,k=1n111εnk,k=1n11(1εnk)(1εnk).


εn=e2πin,则1,εn,εn2,,εnn1xn=1n个根.

由韦达定理可知
i=1nεnk1εnki=0,1i<n.
xn1=(x1)(xεn)(xεn2)(xεnn1)可得
1xn1=(1x1)(1xεn)(1xεn2)(1xεnn1),
于是
1xn=(1x)(1εnx)(1εn2x2)(1εnn1xn1).
因此
k=1n111εnkt=n1tn11t=n(1+t+t2++tn1)1tn=(1t)+(1t2)++(1tn1)1tn=(n1)+(n2)t+(n3)t2++tn21+t+t2++tn1.

t=1,有
k=1n111εnk=(n1)+(n2)++1n=n12.



k=1n11(1εnk)(1εnk)=k=1n11(1cos2kπnisin2kπn)(1cos2kπn+isin2kπn)=k=1n11(1cos2kπn)2+sin22kπn=k=1n1122cos2kπn=k=1n114sin2kπn=n14+14k=1n1cot2kπn,

又因为
(coskπn+isinkπn)n=(1)k=j=0nCnj(coskπn)nj(isinkπn)j,
n=2m时,
j=1mC2m2j1(coskπn)2m2j+1(isinkπn)2j1=0,j=1mC2m2j1(cotkπn)2m2j(1)j=0,
所以cot2πn,cot22πn,,cot2(m1)πn为多项式j=1mC2m2j1xmj(1)j=0的根,因此
k=1m1cot2kπn=C2m3C2m1=(m1)(2m1)3,

k=1n1cot2kπn=(2m2)(2m1)3=(n2)(n1)3,
n=2m+1时,类似可得
k=1n1cot2kπn=2C2m+13C2m+11=(2m1)2m3=(n2)(n1)3,
因此
k=1n11(1εnk)(1εnk)=n14+14k=1n1cot2kπn=n14+14(n2)(n1)3=n2112.
\end{solution}

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