2013年清华保送生考试试题一则

已知abc=1a2c+bc2=1a2b+b2c+c2a=t,求ab5+bc5+ca5的值.


   这是非常经典的一道代数变形试题,条件cyca2b=t使得原本就不易的试题更显得扑朔迷离.事实上,代数变形的三大思路(消元、降次以及换元)都可以在这一道试题中淋漓尽致的体现,尤其是最后一种三角换元的解法更是让人拍案称绝.

  • 消元
    abc=1b=1ac,于是a2c+bc2=1ac3=a3c21.
    此时欲求代数式ab5+bc5+ca5=1a4c5c4a+ca5=1a3c9+a9c6a4c5=1(a3c21)3+a9c6a4c5=3a3c2+3a6c4a4c5=3.
  • 降次
    a2c+bc2=1a2c=c2b.
    该式两边同乘以b,可得c2b=b2a.
    进而两边同乘以a,可得b2a=a2c.

    于是ab5+bc5+ca5=cyca3(c2b)=cyc(ac(c2b)a3b)=cyc(abc)=3

            从这个解法中我们可以发现事实上条件a2c+bc2=1从本质上是轮换的,在下面的解法中这一事实可以被更直接的发现.
  • 齐次
    a=xyb=yzc=zx,则
    a2c+bc2=1x3z2+y3x2+z3y2=0.

    欲求代数式ab5+bc5+ca5=cycxyy5z5=cycxy4z5=1x5y5z5cycx6y9.

    事实上,由x3z2+y3x2+z3y2=0可得x6y9+y6z9+z6x9=3(x2y3)(y2z3)(z2x3).

    这是因为a3+b3+c33abc=(a+b+c)(a2+b2+c2abbcca),
    于是a+b+c=0a3+b3+c3=3abc.
  • 三角换元
    (i)当c>0时,令{a=c12sinθb=c2cos2θ,
    则由abc=1,得c72=1sinθcos2θ.

    于是ab5+bc5+ca5=c212sinθcos10θ+c7cos2θ+c72sin5θ=sinθcos10θsin3θcos6θ+cos2θsin2θcos4θsin5θsinθcos2θ=cos4θsin2θ+1sin2θcos2θsin4θcos2θ=cos6θ+1sin6θsin2θcos2θ=3.

    (ii)当c<0时,令{a=(c)12tanθb=c2sec2θ,
    以下略.

 

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