Question Number 219492 by hardmath last updated on 26/Apr/25

$$\mathrm{a}\:+\:\mathrm{b}\:=\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:+\:\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{Find}:\:\:\:\mathrm{a}^{\mathrm{11}} \:+\:\mathrm{b}^{\mathrm{11}} \:=\:? \\ $$
Answered by mr W last updated on 27/Apr/25

$${p}_{\mathrm{1}} ={e}_{\mathrm{1}} =\mathrm{1} \\ $$$${p}_{\mathrm{2}} =\mathrm{1}×\mathrm{1}−\mathrm{2}{e}_{\mathrm{2}} =\mathrm{2}\:\Rightarrow{e}_{\mathrm{2}} =−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${p}_{{n}} −{e}_{\mathrm{1}} {p}_{{n}−\mathrm{1}} +{e}_{\mathrm{2}} {p}_{{n}−\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$${r}^{\mathrm{2}} −{r}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{r}=\frac{\mathrm{1}\pm\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}} \\ $$$${p}_{{n}} ={a}^{{n}} +{b}^{{n}} =\left(\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\right)^{{n}} +\left(\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \\ $$$${p}_{\mathrm{11}} =\frac{\mathrm{989}}{\mathrm{32}} \\ $$
Answered by mr W last updated on 27/Apr/25

$$\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} ={a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{ab}\: \\ $$$$\Rightarrow{ab}=\frac{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}{\mathrm{2}}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{3}} ={a}^{\mathrm{3}} +{b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{3}{ab}\left({a}+{b}\right) \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{3}} +{b}^{\mathrm{3}} =\mathrm{1}^{\mathrm{3}} −\mathrm{3}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)×\mathrm{1}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} ={a}^{\mathrm{4}} +{b}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}\left({ab}\right)^{\mathrm{2}} \: \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{4}} +{b}^{\mathrm{4}} =\mathrm{2}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}×\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}^{\mathrm{4}} +{b}^{\mathrm{4}} \right)\left({a}+{b}\right)={a}^{\mathrm{5}} +{b}^{\mathrm{5}} +{ab}\left({a}^{\mathrm{3}} +{b}^{\mathrm{3}} \right) \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{5}} +{b}^{\mathrm{5}} =\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{2}}×\mathrm{1}−\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)×\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{19}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\left({a}^{\mathrm{3}} +{b}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} ={a}^{\mathrm{6}} +{b}^{\mathrm{6}} +\mathrm{2}\left({ab}\right)^{\mathrm{3}} \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{6}} +{b}^{\mathrm{6}} =\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}×\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} =\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left({a}^{\mathrm{5}} +{b}^{\mathrm{5}} \right)\left({a}^{\mathrm{6}} +{b}^{\mathrm{6}} \right)={a}^{\mathrm{11}} +{b}^{\mathrm{11}} +\left({a}+{b}\right)\left({ab}\right)^{\mathrm{5}} \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{11}} +{b}^{\mathrm{11}} =\frac{\mathrm{19}}{\mathrm{4}}×\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}×\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{5}} =\frac{\mathrm{989}}{\mathrm{32}} \\ $$
Commented by hardmath last updated on 27/Apr/25

$$\mathrm{thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{very}\:\mathrm{much}\:\mathrm{my}\:\mathrm{dear}\:\mathrm{professor} \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 03/May/25

$$\mathrm{a}\:+\:\mathrm{b}\:=\:\mathrm{1}…\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:+\:\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{2}…\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\mathrm{a}^{\mathrm{11}} \:+\:\mathrm{b}^{\mathrm{11}} \:=\:? \\ $$$$\left(\mathrm{i}\right)\Rightarrow\mathrm{a}=\mathrm{1}−\mathrm{b} \\ $$$$\:\left(\mathrm{ii}\right)\Rightarrow\left(\mathrm{1}−\mathrm{b}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{2} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2b}−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{5} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{b}^{\mathrm{4}} =\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{25} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{5}+\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{25} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{2b}+\mathrm{0}.\mathrm{75} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{b}^{\mathrm{8}} =\mathrm{4b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3b}+\mathrm{0}.\mathrm{5625} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{4}\left(\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{5}\right)+\mathrm{3b}+\mathrm{0}.\mathrm{5625} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{7b}+\mathrm{2}.\mathrm{5625} \\ $$$$\:\:\mathrm{b}^{\mathrm{10}} =\mathrm{b}^{\mathrm{8}} .\mathrm{b}^{\mathrm{2}} =\left(\mathrm{7b}+\mathrm{2}.\mathrm{5625}\right)\left(\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{5}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{7b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{6}.\mathrm{0625b}+\mathrm{1}.\mathrm{28125} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:=\mathrm{7}\left(\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{5}\right)+\mathrm{6}.\mathrm{0625b}+\mathrm{1}.\mathrm{28125} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:=\mathrm{13}.\mathrm{0625b}+\mathrm{4}.\mathrm{78125} \\ $$$$\:\mathrm{b}^{\mathrm{11}} =\mathrm{13}.\mathrm{0625b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}.\mathrm{78125b} \\ $$$$\:\:\:\:=\mathrm{13}.\mathrm{0625}\left(\mathrm{b}+\mathrm{0}.\mathrm{5}\right)+\mathrm{4}.\mathrm{78125b} \\ $$$$\:\:\:=\mathrm{17}.\mathrm{84375b}+\mathrm{6}.\mathrm{53125} \\ $$$$\: \\ $$$$\:\mathrm{Similarly}, \\ $$$$\:\:\:\mathrm{a}^{\mathrm{11}} =\mathrm{17}.\mathrm{84375a}+\mathrm{6}.\mathrm{53125} \\ $$$$\: \\ $$$$\mathrm{a}^{\mathrm{11}} +\mathrm{b}^{\mathrm{11}} =\mathrm{17}.\mathrm{84375}\left(\mathrm{a}+\mathrm{b}\right)+\mathrm{13}.\mathrm{0625} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{17}.\mathrm{84375}\left(\mathrm{1}\right)+\mathrm{13}.\mathrm{0625} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:=\mathrm{30}.\mathrm{90625}=\frac{\mathrm{989}}{\mathrm{32}} \\ $$