Problemes de polinomis

a)
Calculeu el valor de $m$ perquè el residu de la divisió següent sigui $13$. $$(2x^3-5x+7):(x-m)$$
Solució:
$\boxed{m = 2}$ Podem verificar-ho realitzant la divisió amb $m=2$:$$\begin{array}{r|rrrr}  & 2 & 0 & -5 & 7 \\[4pt] 2 &   & 4 & 8 & 6 \\ \hline  & 2 & 4 & 3 & |\, 13\ \end{array}$$El residu és $13$, confirmant que $m=2$ és la solució.
b)
Trobeu el valor de $m$ perquè el residu de la divisió següent sigui $-4$. $$(7x^3-5mx-2):(x+1)$$
Solució:
$$\boxed{m = 1}$$
c)
Quants punts $(x, y)$ amb coordenades enteres té aquesta corba? $$ y = \frac{4x + 8}{x − 4} $$
Solució:
El resultat de la divisió és $y=4+\tfrac{24}{x-4}$. Per tant, $y$ serà enter si $x-4$ és divisor de $24$. Com que $24$ té $16$ divisors, tindrem un total de $\boxed{16}$ punts.
d)

Troba dos nombres reals $p$ i $q$ que satisfacin:

$$ \begin{cases} p^2 + q^2 = 250 \\ p - q = 5 \end{cases} $$

Ajuda't de les identitats notables.

Solució:

Donat el sistema:

$$ \begin{cases} p^2 + q^2 = 250, \\ p - q = 5 \end{cases} $$

Fem servir la identitat del quadrat d'una diferència:

$$ (p - q)^2 = p^2 - 2pq + q^2. $$

Com que $p - q = 5$,

$$ (p - q)^2 = 5^2 = 25. $$

Substituïm l'expressió desenvolupada:

$$ p^2 - 2pq + q^2 = 25. $$

Restem aquesta igualtat de la dada $p^2 + q^2 = 250$:

$$ (p^2 + q^2) - (p^2 - 2pq + q^2) = 250 - 25. $$

Això dóna:

$$ 2pq = 225 \quad\Rightarrow\quad pq = 112.5. $$

Ara calculem $(p+q)^2$:

$$ (p+q)^2 = p^2 + 2pq + q^2. $$

Substituint valors:

$$ (p+q)^2 = 250 + 2\cdot112.5 = 475. $$

Per tant,

$$ p+q = \sqrt{475} = 5\sqrt{19}. $$

Resolem el sistema lineal:

$$ \begin{cases} p+q = 5\sqrt{19},\\ p-q = 5. \end{cases} $$

Calculem $p$:

$$ p = \frac{(p+q)+(p-q)}{2} = \frac{5\sqrt{19} + 5}{2} = \frac{5(\sqrt{19}+1)}{2}. $$

Calculem $q$:

$$ q = \frac{(p+q)-(p-q)}{2} = \frac{5\sqrt{19} - 5}{2} = \frac{5(\sqrt{19}-1)}{2}. $$

Solució final:

  • $p = \dfrac{5(\sqrt{19}+1)}{2}$
  • $q = \dfrac{5(\sqrt{19}-1)}{2}$
e)

Si $x, y$ són nombres reals diferents que compleixen el sistema següent:

$$ \begin{cases} y + 4 = (x - 2)^2 \\ x + 4 = (y - 2)^2 \end{cases} $$

Quant val $x^2 + y^2$?

Solució:
$$\boxed{x^2 + y^2 = 15}$$
f)
Demostreu que $$ \left(a^2+b^2 \right) \left( c^2 + d^2 \right) = \left( ac-bd \right)^2 + \left(ad+bc \right)^2 $$
Solució:

Per demostrar la identitat, desenvoluparem el costat dret (CD) de l'equació. Si el resultat és igual al costat esquerre (CE), la identitat serà provada.

Costat Dret (CD):

$$ \left( ac-bd \right)^2 + \left(ad+bc \right)^2 $$

Desenvolupem cadascun dels quadrats utilitzant la fórmula del quadrat d'un binomi: $(x \pm y)^2 = x^2 \pm 2xy + y^2$.

Primer quadrat:

$$ \left( ac-bd \right)^2 = (ac)^2 - 2(ac)(bd) + (bd)^2 = a^2c^2 - 2abcd + b^2d^2 $$

Segon quadrat:

$$ \left( ad+bc \right)^2 = (ad)^2 + 2(ad)(bc) + (bc)^2 = a^2d^2 + 2abcd + b^2c^2 $$

Ara sumem ambdós resultats:

$$ \left( ac-bd \right)^2 + \left(ad+bc \right)^2 = (a^2c^2 - 2abcd + b^2d^2) + (a^2d^2 + 2abcd + b^2c^2) $$

Observem que els termes centrals $\mathbf{-2abcd}$ i $\mathbf{+2abcd}$ s'anul·len mútuament:

$$ a^2c^2 \cancel{- 2abcd} + b^2d^2 + a^2d^2 \cancel{+ 2abcd} + b^2c^2 $$ $$ = a^2c^2 + b^2d^2 + a^2d^2 + b^2c^2 $$

Costat Esquerre (CE):

$$ \left(a^2+b^2 \right) \left( c^2 + d^2 \right) $$

Desenvolupem el producte utilitzant la propietat distributiva:

$$ a^2(c^2) + a^2(d^2) + b^2(c^2) + b^2(d^2) $$ $$ = a^2c^2 + a^2d^2 + b^2c^2 + b^2d^2 $$

Reordenant els termes del costat dret (CD) per facilitar la comparació:

$$ CD = a^2c^2 + a^2d^2 + b^2c^2 + b^2d^2 $$

Com que el resultat del desenvolupament del **Costat Dret (CD)** és idèntic al **Costat Esquerre (CE)**,

$$ \left(a^2+b^2 \right) \left( c^2 + d^2 \right) = a^2c^2 + a^2d^2 + b^2c^2 + b^2d^2 $$

i

$$ \left( ac-bd \right)^2 + \left(ad+bc \right)^2 = a^2c^2 + b^2d^2 + a^2d^2 + b^2c^2 $$

queda demostrada la identitat.

$$\boxed{ \left(a^2+b^2 \right) \left( c^2 + d^2 \right) = \left( ac-bd \right)^2 + \left(ad+bc \right)^2 }$$