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soluciones a $cz^n=e^z$ en $\{z\in\mathbb{C}:\Re(z)<1\}$

Dejemos que $c\in\mathbb{C}$ tal que $|c|>e$ .

¿Cuántas soluciones hay para la ecuación $cz^n=e^z$ en $G=\{z\in\mathbb{C}:\Re(z)<1\}$ ?

De forma equivalente, podemos observar los ceros de la función $f(z)=cz^n-e^z$ .

Obsérvese que si miramos $D=\{z\in\mathbb{C}:|z|<1\}$ y definir $g(z)=cz^n$ entonces $\forall z\in\partial D$ tenemos

$$|f(z)-g(z)|=|e^z|=|e^{x+iy}|=|e^x|\leq e<|c|=|g(z)|$$

Entonces, a partir del teorema de Rouché obtenemos $Z_f=Z_g=n$ en $D$ .

¿Es suficiente decir que $f$ sólo tiene $n$ ceros en $G$ ?

Otra observación es que si $w$ es un cero de $f$ de la multiplicidad $m>1$ entonces

$$f(w)=cw^n-e^w=0,\ f'(w)=cnw^{n-1}-e^w=0$$

Por lo tanto, $cnw^{n-1}-cw^n=0\implies w^{n-1}(n-w)=0\implies w=0\ \lor\ w=n$ .

Ahora, $w=0$ es imposible ya que $f(0)=-1\neq 0$ y $w=n$ no está en $G$ . Deducimos que todo cero de $f$ es de multiplicidad $1$ .

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Fred Puntos 690
  1. Su prueba de que cada cero de $f$ es de multiplicidad $1$ está bien.

  2. Dejemos que $x_0 \in \mathbb R$ y $x_0 \le 0$ . Poner $r=1-x_0$ y $K(x_0,r):=\{z \in \mathbb C: |z-x_0|<r\}$ (¡haz un dibujo!). Entonces es fácil ver que $0 \in K(x_0,r)$ y $K(x_0,r) \subseteq\{z\in\mathbb{C}:\Re(z)<1\}.$

Entonces tenemos $|f(z)-g(z)|=|e^z|=|e^{x+iy}|=|e^x|\leq e<|c|=|g(z)|$ para todos $z \in \partial K(x_0,r).$

Por lo tanto, tenemos que para cada (!) elección de $x_0 \le 0$ la función $f$ tiene $n$ ceros en $K(x_0,r).$

¿Conclusión?

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