Équation spéciale avec racines

Bonjour,
j'ai fait le sujet du concours général de 2011, et le premier exercice m'a donné une équation à résoudre, seulement je ne vois pas comment trouver une valeur exacte:
2a^2+12sqrt(24+a^2)+10sqrt(13+a^2)-98=0
Existe-t-il une méthode de résolution exacte?
Cordialement

Réponses

  • On peut se débarrasser des racines carrées et montrer que $a$ est solution de l'équation $a^4 - 159a^2+840a-588=0$. Après, il existe des méthode pour trouver une solution exacte (cf méthode de Ferrari), mais j'ai l'impression qu'ici, ça risque de donner des expressions compliquées.
    En tout cas, numériquement, on a $a = 0.829758839991377421739...$
  • Ca me paraît bizarre car l'expression du début n'a que des $a$ au carré...?
  • En fait, avec l'aide de maple : $a = \dfrac{5\sqrt{3}}{2} - \dfrac{\sqrt{243 - 112\sqrt{3}}}{2}$.
  • Bravo Guego, j'ai un corrigé sous les yeux et il donne la même chose.
  • Non en effet il n'y a bien que des a^2 Apollonius. J'avais pensé à me débarrasser des racines mais je me suis dit que j'allais me retrouver avec un polynôme infâme de degré 8 ou je ne sais pas quoi. Pas de solution élégante donc sans utiliser par ex la méthode de Ferrari ?
  • C'est un polynôme de degré quatre en $a^2$ je crois, donc on sait résoudre normalement...
  • Je vois, mais je suis pas sûr qu'ils acceptent des mathématiques qui dépassent autant le programme au concours général.
  • Bonjour,

    Pour revenir à la question initiale, trouver les solutions de l'équation $\displaystyle 2 a^2 + 12 \sqrt{24+a^2}+10 \sqrt{13+a^2}=98$ d'inconnue $\displaystyle a \in \R$, on établit d'abord l'existence et l'unicité d'une telle solution pour $\displaystyle a >0$ - en effet, la fonction $\displaystyle x \mapsto x^2 + 6 \sqrt{24+x^2}+5 \sqrt{13+x^2}-49$ est définie et dérivable sur $\displaystyle x \geq 0$ avec une dérivée positive, elle est donc croissante avec $\displaystyle f(0) <0$ et $\displaystyle f(x) \to +\infty, (x \to +\infty)$, il existe donc une solution unique $a$ à l'équation $\displaystyle f(x) = 0, x>0.$ Par parité, une autre solution négative est $\displaystyle -a.$

    Le changement de variables $a \leadsto t$ avec $\displaystyle 6 \sqrt{24+a^2}+5 \sqrt{13+a^2}=t \sqrt{61} a + \sqrt{1189}, t >0$ donne après une élévation au carré $\displaystyle a = {2 \sqrt{1189} \over \sqrt{61}} {t \over 1-t^2}, t >1.$ Il suffit de reporter dans l'équation $\displaystyle f(a)=0$ pour trouver une équation polynomiale du second degré en $\displaystyle t^2$ que l'on sait résoudre (on ne retient que la racine $\displaystyle t>1$). Les calculs sont pénibles mais on aboutit.
  • Bonjour
    en fait l'équation
    $a^4-195a^2+840a-588=0$ peut être résolue sans trop de problème par Descartes
    car $x^4+px^2+qx+r=(x^2+ux+w)(x^2+u'x+w')$
    équivaut à
    $u^2$ solution de $A^3+2pA^2+(p^2-qr)A-q^2=0$
    ce qui donne ici
    $A^3-318A^2+27633A-705600=0$

    On cherche s'il y a une solution rationnelle , donc s'il y a un diviseur de 705600 qui est solution : c'est le point embêtant vu la décomposition en nombres premiers de 705600.
    On peut réduire le nombre de possibilités à tester en limitant les valuations (par exemple val(2) est 0 ou 6)
    Toujours est-il que $A=75$ est solution
    ce qui donne $u= 5\sqrt{3}$
    et la factorisation
    $(x^2+5\sqrt{3}x-28\sqrt{3}-42)(x^2-5\sqrt{3}x+28\sqrt{3}-42)$

    La solution ("officielle" ?) lue sur le web il y a bien longtemps consiste à écrire
    $159=84+75$ et $588=2352-1764$ ce qui permet d'arriver à $U^2-3V^2=0$ et à la factorisation ci-dessus.
    Pour moi, cette grosse astuce a été trouvée à partir de la factorisation?

    Remarque : cf Quadrature n°82, selon une lauréate de ce CG 2011, personne n'a trouvé la valeur exacte de la seule solution "intéressante" pour l'exercice
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