Kakšne so rešitve za (z-1) ^ 3 = 8i?

Kakšne so rešitve za (z-1) ^ 3 = 8i?
Anonim

Odgovor:

#z v {sqrt (3) + 1 + i, -sqrt (3) + 1 + i, 1-2i} #

Pojasnilo:

Za ta problem, bomo morali vedeti, kako najti # n ^ "th" # korenine kompleksnega števila. Za to bomo uporabili identiteto

# e ^ (itheta) = cos (theta) + isin (theta) #

Zaradi te identitete lahko predstavimo katero koli kompleksno število kot

# a + bi = Re ^ (itheta) # kje #R = sqrt (^ 2 + b ^ 2) # in #theta = arctan (b / a) #

Zdaj bomo šli čez korake, da bi našli # 3 ^ "rd" # korenine kompleksnega števila # a + bi #. Koraki za iskanje # n ^ "th" # korenine so podobne.

Glede na # a + bi = Re ^ (itheta) # iščemo vse kompleksne številke # z # tako, da

# z ^ 3 = Re ^ (itheta) #

Kot # z # je kompleksno število, obstaja # R_0 # in # theta_0 # tako, da

#z = R_0e ^ (itheta_0) #

Potem pa

# z ^ 3 = (R_0e ^ (itheta_0)) ^ 3 = R_0 ^ 3e ^ (3itheta_0) = Re ^ (itheta) #

Tako smo takoj # R_0 = R ^ (1/3) #. Prav tako lahko izenačimo eksponente # e #, vendar opažamo, da so sinusni in kosinus periodični z obdobjem # 2pi #, nato iz prvotne identitete, # e ^ (itheta) # bo tudi. Potem imamo

# 3itheta_0 = i (theta + 2pik) # kje #k v ZZ #

# => theta_0 = (theta + 2pik) / 3 # kje #k v ZZ #

Vendar, kot da bi še naprej dodajali # 2pi # Znova in znova, bomo imeli enake vrednosti, lahko prezremo redundantne vrednosti z dodajanjem omejitve # theta_0 v 0, 2pi) #, to je, #k v {0, 1, 2} #

Vse skupaj združimo in dobimo rešitev

#z v {R ^ (1/3) e ^ (itheta / 3), R ^ (1/3) e ^ (i ((theta + 2pi)) / 3), R ^ (1/3) e ^ (i (theta + 4pi) / 3)} #

To lahko pretvorimo nazaj # a + bi # po želji uporabite identiteto

# e ^ (itheta) = cos (theta) + isin (theta) #

Uporaba zgoraj navedenega za problem:

# (z-1) ^ 3 = 8i #

# => z-1 = 2i ^ (1/3) #

# => z = 2i ^ (1/3) + 1 #

Z uporabo zgornjega postopka lahko najdemo # 3 ^ "rd" # korenine #jaz#:

#i = e ^ (ipi / 2) => i ^ (1/3) v {e ^ (ipi / 6), e ^ (i (5pi) / 6), e ^ (i (3pi) / 2) } #

Uporaba # e ^ (itheta) = cos (theta) + isin (theta) # imamo

# i ^ (1/3) v {sqrt (3) / 2 + i / 2, -sqrt (3) / 2 + i / 2, -i} #

Končno nadomestimo te vrednosti za #z = 2i ^ (1/3) + 1 #

#z v {2 (sqrt (3) / 2 + i / 2) +1, 2 (-sqrt (3) / 2 + i / 2) +1, 2 (-i) +1} #

# = {sqrt (3) + 1 + i, -sqrt (3) + 1 + i, 1-2i} #