2020年1月20日月曜日

学習環境

代数への出発 (新装版 数学入門シリーズ) (松坂 和夫(著)、岩波書店)の第3章(因数分解と分数式)、練習問題の問2の解答を求めてみる。



    1. x4-y4=x2+y2x2-y2=x2+y2x+yx-yx3-y3=x-yx2+xy+y2

      よって、最大公約数は

      x-y

      最小公倍数は

      x2+xy+y2x2+y2x+yx-y

    2. 2ab-a2-b2+c2=c2-a-b2=a-b+c-a+b+ca2-b2+c2+2ac=a+c2-b2=a+b+ca-b+ca-b+ca+b+c-a+b+ca-b+c

    3. x4-27x2y2+y4=x2-y22-25x2y2=x2-y22-5xy2=x2+5xy-y2x2-5xy-y2x2+5xy-y2x4-27x2y2+y4

    4. 4a2-9=2a-32a+36a2+5a-6=2a+33a-26a2+13a+6=2a+33a+22a+32a-32a+33a+23a-2=4a2-99a2-4=36a4-97a2+36

コード

#!/usr/bin/env python3
from unittest import TestCase, main
from sympy import symbols, gcd, lcm

print('2.')

x, y, a, b, c = symbols('x, y, a, b, c', real=True)


class MyTest(TestCase):
    def test1(self):
        exprs = (x ** 4 - y ** 4, x ** 3 - y ** 3)
        self.assertEqual(gcd(exprs), x - y)
        self.assertEqual(lcm(exprs),
                         ((x ** 2 + x * y + y ** 2) * (x ** 2 + y ** 2) * (x + y) * (x - y)).expand())

    def test2(self):
        exprs = (2 * a * b - a ** 2 - b ** 2 + c ** 2,
                 a ** 2 - b ** 2 + c ** 2 + 2 * a * c)
        self.assertEqual(gcd(exprs), a - b + c)
        self.assertEqual(lcm(exprs),
                         ((a + b + c) * (- a + b + c) * (a - b + c)).expand())

    def test3(self):
        exprs = (x ** 4 - 27 * x ** 2 * y ** 2 +
                 y ** 4, x ** 2 + 5 * x * y - y ** 2)
        self.assertEqual(gcd(exprs), x ** 2 + 5 * x * y - y ** 2)
        self.assertEqual(lcm(exprs), (x ** 4 - 27 * x ** 2 * y ** 2 + y ** 4))

    def test4(self):
        exprs = (4 * a ** 2 - 9,
                 6 * a ** 2 + 5 * a - 6,
                 6 * a ** 2 + 13 * a + 6)
        self.assertEqual(gcd(exprs), 2 * a + 3)
        self.assertEqual(lcm(exprs), 36 * a ** 4 - 97 * a ** 2 + 36)


if __name__ == '__main__':
    main()

入出力結果(Zsh、PowerShell、Terminal、Jupyter(IPython))

% ./sample2.py -v
2.
test1 (__main__.MyTest) ... ok
test2 (__main__.MyTest) ... ok
test3 (__main__.MyTest) ... ok
test4 (__main__.MyTest) ... ok

----------------------------------------------------------------------
Ran 4 tests in 0.103s

OK
%

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