Pregunta
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4. Complete the following. a) Simplify: i) \( \left(a-\frac{1}{a}\right)\left(a^{2}+1+\frac{1}{a^{2}}\right) \) ii) \( \left(a-\frac{1}{a}\right)^{2} \). b) Calculate the value of: i) \( a^{2}+\frac{1}{a^{2}} \), if \( a-\frac{1}{a}=3 \) ii) \( a^{3}-\frac{1}{a^{3}} \)

Ask by Grant Collins. in South Africa
Feb 03,2025

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a) i) \( a^{3} - \frac{1}{a^{3}} \) ii) \( a^{2} + \frac{1}{a^{2}} - 2 \) b) i) 11 ii) 36

Solución

Let's solve each part of the problem step by step. --- ## **4. a) Simplify:** ### **i) \( \left(a - \frac{1}{a}\right)\left(a^{2} + 1 + \frac{1}{a^{2}}\right) \)** **Solution:** Multiply the two expressions: \[ \left(a - \frac{1}{a}\right)\left(a^{2} + 1 + \frac{1}{a^{2}}\right) \] Distribute each term: \[ = a \cdot a^{2} + a \cdot 1 + a \cdot \frac{1}{a^{2}} - \frac{1}{a} \cdot a^{2} - \frac{1}{a} \cdot 1 - \frac{1}{a} \cdot \frac{1}{a^{2}} \] Simplify each term: \[ = a^{3} + a + \frac{1}{a} - a - \frac{1}{a} - \frac{1}{a^{3}} \] Combine like terms: \[ = a^{3} - \frac{1}{a^{3}} \] **Answer:** \[ \left(a - \frac{1}{a}\right)\left(a^{2} + 1 + \frac{1}{a^{2}}\right) = a^{3} - \frac{1}{a^{3}} \] --- ### **ii) \( \left(a - \frac{1}{a}\right)^{2} \)** **Solution:** Expand the square: \[ \left(a - \frac{1}{a}\right)^{2} = a^{2} - 2 \cdot a \cdot \frac{1}{a} + \left(\frac{1}{a}\right)^{2} \] Simplify each term: \[ = a^{2} - 2 + \frac{1}{a^{2}} \] **Answer:** \[ \left(a - \frac{1}{a}\right)^{2} = a^{2} + \frac{1}{a^{2}} - 2 \] --- ## **4. b) Calculate the value of:** ### **i) \( a^{2} + \frac{1}{a^{2}} \), if \( a - \frac{1}{a} = 3 \) ** **Given:** \[ a - \frac{1}{a} = 3 \] **Solution:** Square both sides of the equation to relate \( a^{2} + \frac{1}{a^{2}} \): \[ \left(a - \frac{1}{a}\right)^{2} = a^{2} - 2 \cdot a \cdot \frac{1}{a} + \frac{1}{a^{2}} = 9 \] Simplify: \[ a^{2} - 2 + \frac{1}{a^{2}} = 9 \] Add 2 to both sides: \[ a^{2} + \frac{1}{a^{2}} = 11 \] **Answer:** \[ a^{2} + \frac{1}{a^{2}} = 11 \] --- ### **ii) \( a^{3} - \frac{1}{a^{3}} \), if \( a - \frac{1}{a} = 3 \) ** **Given:** \[ a - \frac{1}{a} = 3 \quad \text{and} \quad a^{2} + \frac{1}{a^{2}} = 11 \] **Solution:** Use the identity for \( a^{3} - \frac{1}{a^{3}} \): \[ a^{3} - \frac{1}{a^{3}} = \left(a - \frac{1}{a}\right)\left(a^{2} + 1 + \frac{1}{a^{2}}\right) \] We already have \( a - \frac{1}{a} = 3 \) and \( a^{2} + \frac{1}{a^{2}} = 11 \), so: \[ a^{2} + 1 + \frac{1}{a^{2}} = 11 + 1 = 12 \] Multiply the terms: \[ a^{3} - \frac{1}{a^{3}} = 3 \times 12 = 36 \] **Alternative Method:** Alternatively, use the expansion of \( \left(a - \frac{1}{a}\right)^{3} \): \[ \left(a - \frac{1}{a}\right)^{3} = a^{3} - 3a + 3\frac{1}{a} - \frac{1}{a^{3}} \] This can be rearranged as: \[ a^{3} - \frac{1}{a^{3}} = \left(a - \frac{1}{a}\right)^{3} + 3\left(a - \frac{1}{a}\right) = 3^{3} + 3 \times 3 = 27 + 9 = 36 \] **Answer:** \[ a^{3} - \frac{1}{a^{3}} = 36 \] ---

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To simplify \( \left(a-\frac{1}{a}\right)\left(a^{2}+1+\frac{1}{a^{2}}\right) \), we can distribute: \[ \left(a-\frac{1}{a}\right)\left(a^{2}+1+\frac{1}{a^{2}}\right) = a\left(a^{2}+1+\frac{1}{a^{2}}\right) - \frac{1}{a}\left(a^{2}+1+\frac{1}{a^{2}}\right) \] This gives: \[ = a^3 + a - \left(a + \frac{1}{a} + \frac{1}{a^3}\right) = a^3 - \frac{1}{a^3} \] For \( \left(a-\frac{1}{a}\right)^{2} \), we find: \[ \left(a-\frac{1}{a}\right)^{2} = a^2 - 2\cdot a\cdot\frac{1}{a} + \frac{1}{a^2} = a^2 - 2 + \frac{1}{a^2} = a^2 + \frac{1}{a^2} - 2 \] Now, moving on to calculations: If \( a - \frac{1}{a} = 3 \): Using the identity \( a^2 + \frac{1}{a^2} = (a - \frac{1}{a})^2 + 2 \): \[ = 3^2 + 2 = 9 + 2 = 11 \] To find \( a^3 - \frac{1}{a^3} \) we use the relation: \[ a^3 - \frac{1}{a^3} = (a - \frac{1}{a})\left(a^2 + 1 + \frac{1}{a^2}\right) = 3\left(11\right) = 33 \] Final answers: a) i) \( a^3 - \frac{1}{a^3} \) ii) \( a^2 + \frac{1}{a^2} = 11 \), \( a^3 - \frac{1}{a^3} = 33 \)

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