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Raíces complejas de $z^3 + \bar{z} = 0$

Estoy tratando de encontrar las raíces complejas de $z^3 + \bar{z} = 0$ mediante el uso de De Moivre.

Algunos sugirieron multiplicando ambos lados por z en primer lugar, pero que parece malo para mí, ya que habría que agregar una raíz ( y yo no sabría raíz fue el extra ).

Me di cuenta de que $z=a+bi$ y no existe $\theta$ de manera tal que el trigonométricas representación de $z$$\left ( \sqrt{a^2+b^2} \right )\left ( \cos \theta + i \sin \theta \right )$ .

Parece que $-\bar{z} = -\left ( \sqrt{a^2+b^2} \right )\left ( \cos (-\theta) + i \sin (-\theta) \right )$

Sin embargo, mi trig es bastante oxidado y no estoy muy seguro de a dónde ir desde aquí.

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Alex Bolotov Puntos 249

Sugerencia: en Primer lugar tratan de reducir el valor de $|z|$

6voto

Oli Puntos 89

Como ha sido observado por Thomas Andrews, $z=0$ es un root, así que no será la introducción de extrañas raíces, si multiplicamos por $z$, o $\overline{z}$.

A partir de la respuesta por parte de Aryabhata, usted debería ser capaz de concluir que si $z\ne 0$, $z$ norma $1$.

Ahora puede ser más sencilla de multiplicar por $\overline{z}$. Tenemos la grata simétrica de la ecuación de $z^2+\overline{z}\overline{z}=0$. Si $z$ norma $1$, vamos a $z=\cos\theta+i\sin\theta$. A continuación, el uso de De Moivre del Teorema.

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user3035 Puntos 91

Escribir $z = re^{i\theta}$. Entonces usted está tratando de solucionar $r^3e^{3i\theta} + re^{-i\theta} = 0$, que es el mismo que $$r^3e^{3i\theta} = -re^{-i\theta}$$ Tenga en cuenta que $-1 = e^{i\pi}$, por lo que la anterior es equivalente a $$r^3e^{3i\theta} = re^{i(\pi - \theta)}$$ La comparación de magnitudes, ha $r^3 = r$, el cual es resuelto por $r = 0$$1$, y la comparación de los argumentos que se debe tener $3\theta = \pi - \theta + 2\pi k$ para algunos entero $k$ (al $r \neq 0$). Así, para algún entero $k$ $$\theta = {\pi \over 4} + k{\pi \over 2}$$ Hay cuatro valores de $\theta$ $[0,2\pi)$ que satisfacer este, es decir,${\pi \over 4}, {3\pi \over 4}, {5\pi \over 4}$, e ${7\pi \over 4}$. Por lo tanto los números complejos satisfacer la ecuación original se $0, e^{i {\pi \over 4}}, e^{i {3\pi \over 4}}, e^{i {5\pi \over 4}}$, e $e^{i {7\pi \over 4}}$. En coordenadas rectangulares estas son las $0$$\pm {1 \over \sqrt{2}} \pm {i \over \sqrt{2}}$.

3voto

Dan Walker Puntos 3466

EDICIÓN en vista de los comentarios de abajo por JimConant y PeterTaylor. Si todavía hay algún error, la culpa es mía.

Esta es una solución alternativa a la trigonométricas. Vamos a utilizar el método algebraico. Deje $z=x+iy$. Tenemos $$\begin{eqnarray*} 0 &=&z^{3}+\overline{z} \\ 0 &=&\left( x+iy\right) ^{3}+\left( x-iy\right) \\ &=&x^{3}+x-3xy^{2}+i\left( 3x^{2}y-y^{3}-y\right) \\ &\Leftrightarrow &\left\{ \begin{array}{c} 0=x(x^{2}+1-3y^{2}) \\ 0=y(y^{2}+1-3x^{2}). \end{array} \right. \end{eqnarray*}\etiqueta{1}$$

Una de las raíces es $$x_{1}=y_{1}=0.\tag{1a}$$ El resto de reales raíces satisfacer el sistema

$$\begin{eqnarray*} \left\{ \begin{array}{c} 0=x^{2}+1-3y^{2} \\ 0=y^{2}+1-3x^{2} \end{array} \right. &\Leftrightarrow &\left\{ \begin{array}{c} 0=x^{2}+1-3y^{2} \\ 0=\frac{1}{3}+\frac{1}{3}x^{2}+1-3x^{2} \end{array} \right. \\ &\Leftrightarrow &\left\{ \begin{array}{c} 0=x^{2}+1-3y^{2} \\ 0=4-8x^{2} \end{array} \right. \\ &\Leftrightarrow &\left\{ \begin{array}{c} 0=1-2y^{2} \\ 0=1-2x^{2}. \end{array} \right. \end{eqnarray*} \etiqueta{2}$$

El último sistema significa que $$y=\pm x\tag{3}$$ y que

$$\begin{eqnarray*} x &=&\pm\frac{1}{2}\sqrt{2}, \\ y &=&\pm\frac{1}{2}\sqrt{2}. \end{eqnarray*}\etiqueta{3a}$$

La combinación de los resultados anteriores, se concluye que los siguientes cinco números complejos

$$ z_{1} =0,\etiqueta{4}$$ $$ z_{2} =\frac{1}{2}\sqrt{2}+\frac{1}{2}\sqrt{2},\quad z_{3} =-\frac{1}{2}\sqrt{2}-i\frac{1}{2}\sqrt{2}, \etiqueta{5}$$ $$z_{4} =\frac{1}{2}\sqrt{2}-i\frac{1}{2}\sqrt{2},\quad z_{5} =-\frac{1}{2}\sqrt{2}+\frac{1}{2}\sqrt{2}, \etiqueta{6}$$

son las soluciones de la ecuación dada $$z^{3}+\overline{z}=0.\tag{7}$$

2voto

Espinho da Flor Puntos 141

Que es un comentario al comentario "debe ser sólo 3 raíces?" en Zarrax respuesta. En realidad, la pregunta es "¿por qué no hay 9 raíces?". Esta es la pregunta correcta desde la intersección de las dos curvas en $\mathbb{R}^2$ $$ x^3-3xy^2 +x = 0$$ $$ 3x^2y-y^3 -y = 0$$ es su conjunto de soluciones de (sólo expandir $z^3+\bar{z}$). Ahora, la intersección de dos grados de 3 ecuaciones deben tener $3x3= 9$ soluciones (por Bezouts teorema). El 4 de raíces que nos falta en el "infinito" o en el $\mathbb{C}^2$ plano. Podríamos aplicar lo mismo para la función de $z^2+z$. Como complejas de polinomios, debemos esperar 2 raíces. Como el sistema real $(x,y) \rightarrow (x^2-y^2+x,2xy+y)$ esperamos cuatro raíces reales.

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