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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / math / 18676 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1993-01-23  |  5.4 KB

  1. Path: sparky!uunet!noc.near.net!bigboote.WPI.EDU!bdsm
  2. From: bdsm@poincare.WPI.EDU (Billy Don McConnell)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: 3 "Simple" Quartics...
  5. Date: 23 Jan 1993 02:51:23 GMT
  6. Organization: Worcester Polytechnic Institute
  7. Lines: 105
  8. Distribution: world
  9. Message-ID: <1jqbrbINN41t@bigboote.WPI.EDU>
  10. NNTP-Posting-Host: poincare.wpi.edu
  11. Originator: bdsm@poincare.WPI.EDU
  12.  
  13.  
  14. I have spent an obscene amount of time over the past 5 years or so looking for the
  15. solutions to the following three (all but identical) Quartic Equations:
  16.  
  17.            4        3      2               2    2
  18.         3 H  - 4 S H  + ( S  - 2 B + 2 C )H  - A   =  0
  19.  
  20.            4        3      2               2    2
  21.         3 J  - 4 S J  + ( S  - 2 C + 2 A )J  - B   =  0
  22.  
  23.            4        3      2               2    2
  24.         3 K  - 4 S K  + ( S  - 2 A + 2 B )K  - C   =  0,
  25.  
  26.  
  27.         where   S = X + Y + Z + R
  28.  
  29.                     A = ( X - R ) ( Y - Z ) 
  30.                                                    Important(?) Fact:
  31.                         B = ( Y - R ) ( Z - X )       
  32.                                                      A + B + C = 0
  33.                     C = ( Z - R ) ( X - Y ) 
  34.  
  35. (Why X, Y, Z, and then "R"?  Well, that's a long story. Let's just say that this
  36.  problem relates to an extension of the  x, y, r  Triangle from Trigonometry.)
  37.  
  38. Note:  The use of S, A, B, and C may not be "convenient" for finding the
  39.        Solutions. (That is, maybe the quantity "X+Y+Z+R" isn't itself very
  40.        important.)  But their use makes writing the Equations easier.
  41.  
  42. Now, Quartics are fairly easily handled by a method one can find in plenty of 
  43. references (I use the _CRC_Standard_Mathematical_Tables_ myself); that is, they
  44. are easily handled this way when the coefficients are constants, not complicated
  45. expressions in X, Y, Z, and R.
  46.  
  47. Maple V (Release 2) handles the symbol manipulation pretty well, giving the 
  48. Solutions to these Equations in just a few minutes.  However, the Solutions are in
  49. an inCREDibly complicated form, and Maple doesn't seem to know how to simplify
  50. them in any _real_ sense of "simplification". (My quest these 5 years has been to 
  51. simplify these Solutions.) 
  52.  
  53. I am _convinced_ that the Solutions have a *NICE* representation, but I don't know
  54. what it is.
  55.  
  56. When I first loosed Maple on the problem, I was discouraged, because even when I
  57. substituted numerical values for X,Y,Z, and R, I _still_ couldn't find any *nice* 
  58. representation of the results;  H, J, and K were a messy combination of cube roots
  59. and square roots of pretty big numbers ("big" in a relative sense of course: using
  60. 2, 3, 5, and 7 for X, Y, Z, and R resulted in solutions involving numbers of up to
  61. 12 digits, including some prime numbers of roughly that size).
  62.  
  63. However, I do know that the answers must satisfy 
  64.  
  65.             H + J + K = X + Y + Z + R   (*)
  66.  
  67. (In fact, for each Solution for H there is a Solution for J and one for K such 
  68. that  (*)  holds.  That is, the 12 Solutions can be put into four groups, each 
  69. with an H, J, and K, satisfying (*).)
  70.  
  71. The fact that Maple's (numerical) Solutions _do_ this is actually ENcouraging, 
  72. since H, J, and K have completely different complicated parts, and I know that 
  73. these complicated parts have to cancel each other out.  So there is some under-
  74. lying pattern to the solutions.  There must be some weird factorization of
  75. the cube-and-square-root parts that eludes Maple (not surprisingly, since Maple
  76. doesn't seem to think in terms of "weird" factorizations) and has eluded me lo 
  77. these many years (also not surprisingly, although I have tried every "weird"
  78. factorization I could think of).
  79.  
  80. So I'm exposing this problem to the Net to see what becomes of it.  Any and all
  81. insights are welcome (special properties of Quartics without a first-power term,
  82. for instance), as are questions about the origins of the problem;  SOLUTIONS are
  83. most welcome of all, of course...or (*sigh*) proofs that *NICE* Solutions don't
  84. exist.  (I would even like to hear from folks who decided to think about the
  85. problem for a while, but then gave it up; tell me what made you stop.)  Please
  86. respond by e-mail.
  87.  
  88.  
  89.  
  90. Note:  Some relationships between X, Y, Z, and R are special to this System.
  91.        For instance, if any two of these quantities are equal, then 0 is a 
  92.        Root of one of the Equations.  That one was pretty obvious. Less obvious, 
  93.        however, is:  if   X + Y + Z = R,  then  H = Y + Z,  J = X + Z, and  
  94.        K = X + Y  are three Roots of the Equations (observe that H + J + K = 
  95.        2 X + 2 Y + 2 Z = X + Y + Z + R, as is required), but the other Roots are
  96.        messy (as far as I can tell...I have to study this case some more).
  97.        
  98. Note:  In the original inception of the problem, X, Y, Z, and R are squares
  99.        of quantities (if that matters).  That is, X = x-squared, Y = y-squared,
  100.        etc. (And I'm really looking for  h-squared, j-squared, and k-squared.)
  101.        This might be helpful in viewing the problem, since for instance A, B, 
  102.        and C (in x-y-z terms) are products of Differences of Squares. (One 
  103.        might observe how, translating the previous Note into x-y-z-h-j-k terms,
  104.        the "less obvious" relationships are _Pythagorean_ in nature.)  
  105.  
  106. Well, that's about it.  I hope SOMEone out there give this problem a shot... I've
  107. been working on it alone for long enough.
  108.  
  109.  
  110. Thanks a bunch!
  111.  
  112. (Oh, and to all the folks who have responded to my search for History of Math
  113. Programs, thanks a bunch for THAT, too!  I've got some good leads to follow up
  114. on.  My apologies for not thanking all respondants personally.)
  115.  
  116. Don Mc Connell
  117. bdsm@fermat.wpi.edu
  118.