""" Solving solvable quintics - An implementation of DS Dummit's paper Paper : http://www.ams.org/journals/mcom/1991-57-195/S0025-5718-1991-1079014-X/S0025-5718-1991-1079014-X.pdf Mathematica notebook: http://www.emba.uvm.edu/~ddummit/quintics/quintics.nb """ from sympy.core import Symbol from sympy.core.evalf import N from sympy.core.numbers import I, Rational from sympy.functions import sqrt from sympy.polys.polytools import Poly from sympy.utilities import public x = Symbol('x') @public class PolyQuintic: """Special functions for solvable quintics""" def __init__(self, poly): _, _, self.p, self.q, self.r, self.s = poly.all_coeffs() self.zeta1 = Rational(-1, 4) + (sqrt(5)/4) + I*sqrt((sqrt(5)/8) + Rational(5, 8)) self.zeta2 = (-sqrt(5)/4) - Rational(1, 4) + I*sqrt((-sqrt(5)/8) + Rational(5, 8)) self.zeta3 = (-sqrt(5)/4) - Rational(1, 4) - I*sqrt((-sqrt(5)/8) + Rational(5, 8)) self.zeta4 = Rational(-1, 4) + (sqrt(5)/4) - I*sqrt((sqrt(5)/8) + Rational(5, 8)) @property def f20(self): p, q, r, s = self.p, self.q, self.r, self.s f20 = q**8 - 13*p*q**6*r + p**5*q**2*r**2 + 65*p**2*q**4*r**2 - 4*p**6*r**3 - 128*p**3*q**2*r**3 + 17*q**4*r**3 + 48*p**4*r**4 - 16*p*q**2*r**4 - 192*p**2*r**5 + 256*r**6 - 4*p**5*q**3*s - 12*p**2*q**5*s + 18*p**6*q*r*s + 12*p**3*q**3*r*s - 124*q**5*r*s + 196*p**4*q*r**2*s + 590*p*q**3*r**2*s - 160*p**2*q*r**3*s - 1600*q*r**4*s - 27*p**7*s**2 - 150*p**4*q**2*s**2 - 125*p*q**4*s**2 - 99*p**5*r*s**2 - 725*p**2*q**2*r*s**2 + 1200*p**3*r**2*s**2 + 3250*q**2*r**2*s**2 - 2000*p*r**3*s**2 - 1250*p*q*r*s**3 + 3125*p**2*s**4 - 9375*r*s**4-(2*p*q**6 - 19*p**2*q**4*r + 51*p**3*q**2*r**2 - 3*q**4*r**2 - 32*p**4*r**3 - 76*p*q**2*r**3 + 256*p**2*r**4 - 512*r**5 + 31*p**3*q**3*s + 58*q**5*s - 117*p**4*q*r*s - 105*p*q**3*r*s - 260*p**2*q*r**2*s + 2400*q*r**3*s + 108*p**5*s**2 + 325*p**2*q**2*s**2 - 525*p**3*r*s**2 - 2750*q**2*r*s**2 + 500*p*r**2*s**2 - 625*p*q*s**3 + 3125*s**4)*x+(p**2*q**4 - 6*p**3*q**2*r - 8*q**4*r + 9*p**4*r**2 + 76*p*q**2*r**2 - 136*p**2*r**3 + 400*r**4 - 50*p*q**3*s + 90*p**2*q*r*s - 1400*q*r**2*s + 625*q**2*s**2 + 500*p*r*s**2)*x**2-(2*q**4 - 21*p*q**2*r + 40*p**2*r**2 - 160*r**3 + 15*p**2*q*s + 400*q*r*s - 125*p*s**2)*x**3+(2*p*q**2 - 6*p**2*r + 40*r**2 - 50*q*s)*x**4 + 8*r*x**5 + x**6 return Poly(f20, x) @property def b(self): p, q, r, s = self.p, self.q, self.r, self.s b = ( [], [0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0],) b[1][5] = 100*p**7*q**7 + 2175*p**4*q**9 + 10500*p*q**11 - 1100*p**8*q**5*r - 27975*p**5*q**7*r - 152950*p**2*q**9*r + 4125*p**9*q**3*r**2 + 128875*p**6*q**5*r**2 + 830525*p**3*q**7*r**2 - 59450*q**9*r**2 - 5400*p**10*q*r**3 - 243800*p**7*q**3*r**3 - 2082650*p**4*q**5*r**3 + 333925*p*q**7*r**3 + 139200*p**8*q*r**4 + 2406000*p**5*q**3*r**4 + 122600*p**2*q**5*r**4 - 1254400*p**6*q*r**5 - 3776000*p**3*q**3*r**5 - 1832000*q**5*r**5 + 4736000*p**4*q*r**6 + 6720000*p*q**3*r**6 - 6400000*p**2*q*r**7 + 900*p**9*q**4*s + 37400*p**6*q**6*s + 281625*p**3*q**8*s + 435000*q**10*s - 6750*p**10*q**2*r*s - 322300*p**7*q**4*r*s - 2718575*p**4*q**6*r*s - 4214250*p*q**8*r*s + 16200*p**11*r**2*s + 859275*p**8*q**2*r**2*s + 8925475*p**5*q**4*r**2*s + 14427875*p**2*q**6*r**2*s - 453600*p**9*r**3*s - 10038400*p**6*q**2*r**3*s - 17397500*p**3*q**4*r**3*s + 11333125*q**6*r**3*s + 4451200*p**7*r**4*s + 15850000*p**4*q**2*r**4*s - 34000000*p*q**4*r**4*s - 17984000*p**5*r**5*s + 10000000*p**2*q**2*r**5*s + 25600000*p**3*r**6*s + 8000000*q**2*r**6*s - 6075*p**11*q*s**2 + 83250*p**8*q**3*s**2 + 1282500*p**5*q**5*s**2 + 2862500*p**2*q**7*s**2 - 724275*p**9*q*r*s**2 - 9807250*p**6*q**3*r*s**2 - 28374375*p**3*q**5*r*s**2 - 22212500*q**7*r*s**2 + 8982000*p**7*q*r**2*s**2 + 39600000*p**4*q**3*r**2*s**2 + 61746875*p*q**5*r**2*s**2 + 1010000*p**5*q*r**3*s**2 + 1000000*p**2*q**3*r**3*s**2 - 78000000*p**3*q*r**4*s**2 - 30000000*q**3*r**4*s**2 - 80000000*p*q*r**5*s**2 + 759375*p**10*s**3 + 9787500*p**7*q**2*s**3 + 39062500*p**4*q**4*s**3 + 52343750*p*q**6*s**3 - 12301875*p**8*r*s**3 - 98175000*p**5*q**2*r*s**3 - 225078125*p**2*q**4*r*s**3 + 54900000*p**6*r**2*s**3 + 310000000*p**3*q**2*r**2*s**3 + 7890625*q**4*r**2*s**3 - 51250000*p**4*r**3*s**3 + 420000000*p*q**2*r**3*s**3 - 110000000*p**2*r**4*s**3 + 200000000*r**5*s**3 - 2109375*p**6*q*s**4 + 21093750*p**3*q**3*s**4 + 89843750*q**5*s**4 - 182343750*p**4*q*r*s**4 - 733203125*p*q**3*r*s**4 + 196875000*p**2*q*r**2*s**4 - 1125000000*q*r**3*s**4 + 158203125*p**5*s**5 + 566406250*p**2*q**2*s**5 - 101562500*p**3*r*s**5 + 1669921875*q**2*r*s**5 - 1250000000*p*r**2*s**5 + 1220703125*p*q*s**6 - 6103515625*s**7 b[1][4] = -1000*p**5*q**7 - 7250*p**2*q**9 + 10800*p**6*q**5*r + 96900*p**3*q**7*r + 52500*q**9*r - 37400*p**7*q**3*r**2 - 470850*p**4*q**5*r**2 - 640600*p*q**7*r**2 + 39600*p**8*q*r**3 + 983600*p**5*q**3*r**3 + 2848100*p**2*q**5*r**3 - 814400*p**6*q*r**4 - 6076000*p**3*q**3*r**4 - 2308000*q**5*r**4 + 5024000*p**4*q*r**5 + 9680000*p*q**3*r**5 - 9600000*p**2*q*r**6 - 13800*p**7*q**4*s - 94650*p**4*q**6*s + 26500*p*q**8*s + 86400*p**8*q**2*r*s + 816500*p**5*q**4*r*s + 257500*p**2*q**6*r*s - 91800*p**9*r**2*s - 1853700*p**6*q**2*r**2*s - 630000*p**3*q**4*r**2*s + 8971250*q**6*r**2*s + 2071200*p**7*r**3*s + 7240000*p**4*q**2*r**3*s - 29375000*p*q**4*r**3*s - 14416000*p**5*r**4*s + 5200000*p**2*q**2*r**4*s + 30400000*p**3*r**5*s + 12000000*q**2*r**5*s - 64800*p**9*q*s**2 - 567000*p**6*q**3*s**2 - 1655000*p**3*q**5*s**2 - 6987500*q**7*s**2 - 337500*p**7*q*r*s**2 - 8462500*p**4*q**3*r*s**2 + 5812500*p*q**5*r*s**2 + 24930000*p**5*q*r**2*s**2 + 69125000*p**2*q**3*r**2*s**2 - 103500000*p**3*q*r**3*s**2 - 30000000*q**3*r**3*s**2 - 90000000*p*q*r**4*s**2 + 708750*p**8*s**3 + 5400000*p**5*q**2*s**3 - 8906250*p**2*q**4*s**3 - 18562500*p**6*r*s**3 + 625000*p**3*q**2*r*s**3 - 29687500*q**4*r*s**3 + 75000000*p**4*r**2*s**3 + 416250000*p*q**2*r**2*s**3 - 60000000*p**2*r**3*s**3 + 300000000*r**4*s**3 - 71718750*p**4*q*s**4 - 189062500*p*q**3*s**4 - 210937500*p**2*q*r*s**4 - 1187500000*q*r**2*s**4 + 187500000*p**3*s**5 + 800781250*q**2*s**5 + 390625000*p*r*s**5 b[1][3] = 500*p**6*q**5 + 6350*p**3*q**7 + 19800*q**9 - 3750*p**7*q**3*r - 65100*p**4*q**5*r - 264950*p*q**7*r + 6750*p**8*q*r**2 + 209050*p**5*q**3*r**2 + 1217250*p**2*q**5*r**2 - 219000*p**6*q*r**3 - 2510000*p**3*q**3*r**3 - 1098500*q**5*r**3 + 2068000*p**4*q*r**4 + 5060000*p*q**3*r**4 - 5200000*p**2*q*r**5 + 6750*p**8*q**2*s + 96350*p**5*q**4*s + 346000*p**2*q**6*s - 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36*p**7*q**4*r - 623*p**4*q**6*r - 2610*p*q**8*r + 81*p**8*q**2*r**2 + 2015*p**5*q**4*r**2 + 10825*p**2*q**6*r**2 - 1800*p**6*q**2*r**3 - 17500*p**3*q**4*r**3 + 625*q**6*r**3 + 10000*p**4*q**2*r**4 + 108*p**8*q**3*s + 1584*p**5*q**5*s + 5700*p**2*q**7*s - 486*p**9*q*r*s - 9720*p**6*q**3*r*s - 45050*p**3*q**5*r*s - 9000*q**7*r*s + 10800*p**7*q*r**2*s + 92500*p**4*q**3*r**2*s + 32500*p*q**5*r**2*s - 60000*p**5*q*r**3*s - 50000*p**2*q**3*r**3*s + 729*p**10*s**2 + 12150*p**7*q**2*s**2 + 60000*p**4*q**4*s**2 + 93750*p*q**6*s**2 - 18225*p**8*r*s**2 - 175500*p**5*q**2*r*s**2 - 478125*p**2*q**4*r*s**2 + 135000*p**6*r**2*s**2 + 850000*p**3*q**2*r**2*s**2 + 15625*q**4*r**2*s**2 - 250000*p**4*r**3*s**2 + 225000*p**3*q**3*s**3 + 175000*q**5*s**3 - 1012500*p**4*q*r*s**3 - 1187500*p*q**3*r*s**3 + 1250000*p**2*q*r**2*s**3 + 928125*p**5*s**4 + 1875000*p**2*q**2*s**4 - 2812500*p**3*r*s**4 - 390625*q**2*r*s**4 - 9765625*s**6 return F def l0(self, theta): F = self.F a = self.a l0 = Poly(a, x).eval(theta)/F return l0 def T(self, theta, d): F = self.F T = [0]*5 b = self.b # Note that the order of sublists of the b's has been reversed compared to the paper T[1] = -Poly(b[1], x).eval(theta)/(2*F) T[2] = Poly(b[2], x).eval(theta)/(2*d*F) T[3] = Poly(b[3], x).eval(theta)/(2*F) T[4] = Poly(b[4], x).eval(theta)/(2*d*F) return T def order(self, theta, d): F = self.F o = self.o order = Poly(o, x).eval(theta)/(d*F) return N(order) def uv(self, theta, d): c = self.c u = self.q*Rational(-25, 2) v = Poly(c, x).eval(theta)/(2*d*self.F) return N(u), N(v) @property def zeta(self): return [self.zeta1, self.zeta2, self.zeta3, self.zeta4]