Znajdowanie pozostałych pierwiastków liczby zespolonej, gdy znany jest jeden pierwiastek

Podobne dokumenty
Pierwiastki z liczby zespolonej. Autorzy: Agnieszka Kowalik

Zadania z algebry liniowej - sem. I Liczby zespolone

7 Liczby zespolone. 7.1 Działania na liczbach zespolonych. Liczby zespolone to liczby postaci. z = a + bi,

c 2 + d2 c 2 + d i, 2

I. Podzielność liczb całkowitych

x t 1 (x) o 1 : x s 3 (x) Tym samym S(3) = {id 3,o 1,o 2,s 1,s 2,s 3 }. W zbiorze S(n) definiujemy działanie wzorem

Wyk lad 2 W lasności cia la liczb zespolonych

O liczbach naturalnych, których suma równa się iloczynowi

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/17

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

2 n < 2n + 2 n. 2 n = 2. 2 n 2 +3n+2 > 2 0 = 1 = 2. n+2 n 1 n+1 = 2. n+1

Damian Doroba. Ciągi. 1. Pierwsza z granic powinna wydawać się oczywista. Jako przykład może służyć: lim n = lim n 1 2 = lim.

Teoria. a k. Wskaźnik sumowania można oznaczać dowolną literą. Mamy np. a j = a i =

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2014/15. n = Rozwiązanie: Stosując wzór na wartość współczynnika dwumianowego otrzymujemy

Analiza matematyczna. Robert Rałowski

Relacje rekurencyjne. będzie następująco zdefiniowanym ciągiem:

UKŁADY RÓWNAŃ LINOWYCH

I. Ciągi liczbowe. , gdzie a n oznacza n-ty wyraz ciągu (a n ) n N. spełniający warunek. a n+1 a n = r, spełniający warunek a n+1 a n

Rekursja 2. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Liczby zespolone

"Liczby rządzą światem." Pitagoras

Twierdzenie Cayleya-Hamiltona

zadań z pierwszej klasówki, 10 listopada 2016 r. zestaw A 2a n 9 = 3(a n 2) 2a n 9 = 3 (a n ) jest i ograniczony. Jest wiec a n 12 2a n 9 = g 12

a 2 + b, b ) ( ) Wówczas (a, b) =, =(1, 0). 2 a 2 + b 2 a 2 + b2 a 2 + b 2

Analiza I.1, zima wzorcowe rozwiązania

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

Zasada indukcji matematycznej. Dowody indukcyjne.

Parametryzacja rozwiązań układu równań

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2012/13. Ciągi.

ALGEBRA LINIOWA Informatyka 2015/2016 Kazimierz Jezuita. ZADANIA - Seria 1. Znaleźć wzór na ogólny wyraz ciągu opisanego relacją rekurencyjną: x

Metody badania zbieżności/rozbieżności ciągów liczbowych

O trzech elementarnych nierównościach i ich zastosowaniach przy dowodzeniu innych nierówności

I kolokwium z Analizy Matematycznej

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/ n 333))

MACIERZE STOCHASTYCZNE

Informatyka Stosowana-egzamin z Analizy Matematycznej Każde zadanie należy rozwiązać na oddzielnej, podpisanej kartce!

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Liczby zespolone

Matematyczne Metody Fizyki I

Stwierdzenie 1. Jeżeli ciąg ma granicę, to jest ona określona jednoznacznie (żaden ciąg nie może mieć dwóch różnych granic).

3. Funkcje elementarne

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2, lato 2018/19

Podstawowe cechy podzielności liczb.

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna A1, zima 2011/12. Kresy zbiorów. x Z M R

Kolorowanie Dywanu Sierpińskiego. Andrzej Szablewski, Radosław Peszkowski

CIĄGI LICZBOWE. Poziom podstawowy

Internetowe Kółko Matematyczne 2004/2005

Wokół testu Studenta 1. Wprowadzenie Rozkłady prawdopodobieństwa występujące w testowaniu hipotez dotyczących rozkładów normalnych

pitagorejskie, równanie Pella i jedno zadanie z XVI Olimpiady Matematycznej

5. Zasada indukcji matematycznej. Dowody indukcyjne.

Lista 6. Estymacja punktowa

Geometrycznie o liczbach

Ekonomia matematyczna - 2.1

Egzaminy. na wyższe uczelnie zadania

f '. Funkcja h jest ciągła. Załóżmy, że ciąg (z n ) n 0, z n+1 = h(z n ) jest dobrze określony, tzn. n 0 f ' ( z n

III. LICZBY ZESPOLONE

Przykładowe zadania dla poziomu rozszerzonego

Dwumian Newtona. Agnieszka Dąbrowska i Maciej Nieszporski 8 stycznia 2011

tek zauważmy, że podobnie jak w dziedzinie rzeczywistej wprowadzamy dla funkcji zespolonych zmiennej rzeczywistej pochodne wyższych rze

Funkcje tworzące - przypomnienie

( ) WŁASNOŚCI MACIERZY

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1 LUX, zima 2016/17

Statystyka opisowa - dodatek

Numeryczny opis zjawiska zaniku

a n 7 a jest ciągiem arytmetycznym.

Egzamin maturalny z matematyki CZERWIEC 2011

Podprzestrzenie macierzowe

Podprzestrzenie macierzowe

MATEMATYKA POZIOM PODSTAWOWY

Kongruencje Wykład 4. Kongruencje kwadratowe symbole Legendre a i Jac

Chemia Teoretyczna I (6).

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

VII MIĘDZYNARODOWA OLIMPIADA FIZYCZNA (1974). Zad. teoretyczne T3.

Metody Obliczeniowe w Nauce i Technice laboratorium

Wykład 11. a, b G a b = b a,

Definicja interpolacji

Arkusz ćwiczeniowy z matematyki Poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNIĘTE. W zadaniach od 1. do 21. wybierz i zaznacz poprawną odpowiedź. 1 C. 3 D.

LICZBY, RÓWNANIA, NIERÓWNOŚCI; DOWÓD INDUKCYJNY

0.1 ROZKŁADY WYBRANYCH STATYSTYK

Tematy zadań 2 razy 33 przykładowe zadania maturalne. Matura podstawowa

Funkcja wykładnicza i logarytm

Wykład 7. Przestrzenie metryczne zwarte. x jest ciągiem Cauchy ego i posiada podciąg zbieżny. Na mocy

201. a 1 a 2 a 3...a n a 2 1 +a 2 2 +a a 2 n n a 4 1 +a 4 2 +a a 4 n n. a1 + a 2 + a a n 204.

A A A A11 A12 A1. m m mn

Materiał ćwiczeniowy z matematyki marzec 2012

MINIMALIZACJA PUSTYCH PRZEBIEGÓW PRZEZ ŚRODKI TRANSPORTU

ZADANIA - ZESTAW 2. Zadanie 2.1. Wyznaczyć m (n)

Wyk lad 8 Zasadnicze twierdzenie algebry. Poj. ecie pierścienia

Spis treści. I. Wiadomości wstępne... 3

Moduł 4. Granica funkcji, asymptoty

Katalog wymagań programowych z matematyki od absolwenta II klasy (poziom rozszerzony).

Teoria. a k. Wskaźnik sumowania można oznaczać dowolną literą. Mamy np. a j = a i =

O pewnych zastosowaniach rachunku różniczkowego funkcji dwóch zmiennych w ekonomii

Szereg geometryczny. 5. b) b n = 4n 2 (b 1 = 2, r = 4) lub b n = 10 (b 1 = 10, r = 0). 2. jest równa 1 x dla x = 1+ Zad. 3:

Przykład Obliczenie wskaźnika plastyczności przy skręcaniu

1. Granica funkcji w punkcie

1 Wersja testu A 21 czerwca 2017 r. 1. Wskazać taką liczbę wymierną w, aby podana liczba była wymierna. w = w 2, w = 2.

Przykładowy arkusz z rozwiązaniami. Arkusz II poziom rozszerzony

Transkrypt:

Zajdowaie pozostałych pierwiastków liczby zespoloej, gdy zay jest jede pierwiastek 1 Wprowadzeie Okazuje się, że gdy zamy jede z pierwiastków stopia z liczby zespoloej z, to pozostałe pierwiastki możemy wyzaczyć bez koieczości przedstawiaia liczby z w postaci trygoometryczej. Przypomijmy ajpierw, w jaki sposób zajdujemy pierwiastki z liczby zespoloej, gdy daa jest jej postać trygoometrycza. Niech z = r (cos φ + i si φ będzie liczbą zespoloą, gdzie r > 0 i iech N. Wówczas istieje różych liczb zespoloych w, spełiających rówaie w = z i liczby te dae są wzorem: (k = 0, 1,..., 1, gdzie: w k = r (cos ψ k + i si ψ k (1 (k = 0, 1,..., 1. ψ k = φ + 2kπ (2 Przykład 1. Wyzaczymy pierwiastki stopia z liczby zespoloej z = 1 + i = ( 2 cos π + i si π We wzorach (1 i (2 podstawiamy =, r = 2, φ = π, a astępie kolejo k = 0, 1, 2: w 0 = 6 ( π 2 cos + 2 0 π π + i si + 2 0 π = 6 ( 2 cos π 12 + i si π 12 w 1 = 6 ( π 2 cos + 2 1 π π + i si + 2 1 π = 6 2 (cos π + i si π w 2 = 6 ( π 2 cos + 2 2 π π + i si + 2 2 π = 6 ( 2 cos 17 17 π + i si 12 12 π Do przykładu tego wrócimy jeszcze w dalszej części.

Zdarzają się sytuacje, gdy pierwiastkowaej liczby z ie da się przedstawić w postaci trygoometryczej bez użycia kalkulatora. Przykład 2. Niech z = + 5i. Moduł liczby z jest rówy. Jeśli apiszemy: z = ( + 5 i to widzimy, że zalezieie kąta ψ, dla którego cos φ = i si φ = 5 jest iemożliwe bez użycia kalkulatora. (uwaga ogóla: awet jeśli w jakichś kokretych przypadkach jesteśmy w staie wyzaczyć argumet liczby przy pomocy odpowiedich zabiegów algebraiczych, często jest to bardzo skomplikowae rachukowo. Następy przykład ilustruje sytuację, w której jede z pierwiastków jest łatwy do zalezieia, atomiast ie jest jase, jak wyzaczyć pozostałe pierwiastki. Przykład. Rozważmy rówaie z 6 = ( + 5i 6. Wiemy, że rówaie to ma 6 różych rozwiązań są to wszystkie pierwiastki stopia 6 z liczby zespoloej ( + 5i 6. Aby wyzaczyć te pierwiastki a podstawie wzorów (1 i (2, musielibyśmy zaleźć postać trygoometryczą tej liczby, co jak widzieliśmy powyżej jest bez użycia kalkulatora iemożliwe. Z drugiej stroy widzimy, że jedym z rozwiązań aszego rówaia, a więc jedym z pierwiastków 6 stopia z liczby ( + 5i 6, jest oczywiście liczba + 5i. W astępej części dowiemy się, jak w sytuacji opisaej w Przykładzie wyzaczyć pozostałe pierwiastki. 2 Pierwiastek główy i pożytki z iego W Przykładzie 1 otrzymaliśmy astępujące pierwiastki stopia liczby 1 + i: w 0 = 6 ( 2 cos π 12 + i si π 12 w 1 = 6 2 (cos π + i si π w 2 = 6 ( 2 cos 17 17 π + i si 12 12 π

Liczby π 12, 17 π, π to argumety główe kolejych pierwiastków. Widzimy, że ajmiejszą z tych liczb jest π 12, czyli argumet główy pierwiastka w 0. Ilustruje to rysuek 12 poiżej: Te spośród wszystkich pierwiastków stopia z iezerowej liczby zespoloej z, który ma ajmiejszy dodati argumet główy, osi azwę pierwiastka główego. Defiicja 1. Pierwiastkiem główym stopia z liczby zespoloej z azywamy te z pierwiastków, który ma ajmiejszy dodati argumet główy. Popatrzmy jeszcze raz a wzór (2: ψ k = φ + 2kπ i przyjmijmy, że liczba φ jest argumetem główym liczby z = r (cos φ + i si φ. Widzimy od razu, że: jeżeli φ > 0, to pierwiastkiem główym stopia liczby z jest w 0, poieważ wyrażeie ψ k przyjmuje ajmiejszą wartość dodatią φ dla k = 0; jeżeli φ = 0, to pierwiastkiem główym stopia liczby z jest w 1, poieważ wyrażeie ψ k przyjmuje ajmiejszą wartość dodatią 2π dla k = 1. 2.1 Pierwiastek główy z liczby 1 producet pozostałych pierwiastków Jeżeli zastosujemy wzory (1 i (2 do liczby zespoloej 1 = cos 0 + i si 0, to widzimy, że jej pierwiastki stopia są rówe:

ɛ 0 = cos 0 + i si 0 = 1, ɛ 1 = cos 2π + i si 2π, ɛ 2 = cos 2 2π 2 2π + i si, ( 1 2π ( 1 2π ɛ 1 = cos + i si (uwaga: pierwiastki liczby 1 często ozaczae są symbolem ɛ k zamiast w k. Widzimy, że pierwiastek główy liczby 1 to ɛ 1. Jego argumet główy to 2π. Przykład. Pierwiastek główy stopia 2 z liczby 1 to cos 2π 2 + i si 2π 2 = 1 Pierwiastek główy stopia z liczby 1 to cos 2π + i si 2π = 1 2 + 2 Pierwiastek główy stopia z liczby 1 to cos 2π + i si 2π = i Rysuek poiżej przedstawia obszar grafiki oka Geogebry, w którym pokazao całą sytuację w przypadku = 8. Możesz poeksperymetować a żywo z iteraktywą ilustracją Geogebry tutaj.

Pierwiastki stopia z liczby 1 mają ciekawą własosć. Zauważmy miaowicie, że dla każdej liczby aturalej k, takiej że 1 k 1, możemy apisać: ( ɛ k = cos 2kπ ( 2kπ + i si = cos k 2π + i si k 2π ( = cos 2π + i si 2π k = ɛ k 1 Wykazaliśmy w te sposób astępujące twierdzeie. Twierdzeie 1. Jeżeli ɛ 1 ozacza pierwiastek główy z liczby 1, to pozostałe pierwiastki stopia liczby 1 są rówe: ɛ k = ɛ k 1 ( (k = 1,..., 1. Pierwiastki z jedyki w akcji Przekształćmy wzór a pierwiastek w k stopia z liczby z = r(cosφ + isiφ, gdzie φ > 0 jest argumetem główym liczby z: w k = ( r cos φ + 2kπ = ( r cos φ + i si φ + i si φ + 2kπ ( cos 2kπ 2kπ + i si = ( r ( φ + 2kπ ( φ + i si + 2kπ = cos = w 0 ɛ k = w 0 ɛ k 1 Widać, że gdy zamy pierwiastek główy stopia liczby z, to pozostałe pierwiastki możemy otrzymać jako iloczyy w 0 i kolejych pierwiastków stopia z liczby 1. Tak więc mamy w 1 = w 0 ɛ 1, w 2 = w 0 ɛ 2 1 = w 1 ɛ 0 i tak dalej. Moża udowodić, że do wyprodukowaia wszystkich pierwiastków liczby z jako iloczyów jedego z jej pierwiastków przez koleje potęgi pierwiastka główego z liczby 1 moża użyć któregokolwiek pierwiastka w k liczby z (a iekoieczie pierwiastka główego z tej liczby. Mówi o tym poiższe twierdzeie. Twierdzeie 2. Załóżmy, że liczba z 1 jest jedym z pierwiastków stopia z liczby zespoloej z. Wówczas pozostałe pierwiastki stopia z liczby z są rówe: lub rówoważie: z 2 = z 1 ɛ 1, z = z 2 ɛ 1,..., z = z 1 ɛ 1 ( z 2 = z 1 ɛ 1, z = z 1 ɛ 2 1,..., z = z 1 ɛ 1 1 (5 gdzie ɛ 1 jest pierwiastkiem główym stopia z liczby 1, ɛ 1 = cos 2π + i si 2π.

Przykład 5. Jedym z pierwiastków czwartego stopia z liczby z = (2+i jest oczywiście liczba w 1 = 2 + i, będąca podstawą potęgi powyżej. Pozostałe pierwiastki wyzaczamy astępująco. 1. Wyzaczamy pierwiastek główy stopia z liczby 1: ɛ 1 = cos 2π + i si 2π = i. 2. Stosujemy wzór ( i otrzymujemy: w 2 = w 1 ɛ 1 = (2 + ii = 1 + 2i w = w 2 ɛ 1 = ( 1 + 2i i = 2 i w = w ɛ 1 = ( 2 i i = 1 2i Przykład 6. Rozwiązać rówaie z = ( i 8. Zauważmy, że asze rówaie możemy zapisać jako: z = [(1 2i 2] Poieważ (1 2i 2 = i (sprawdź to sam, możąc liczbę 1 2i przez siebie, więc rówaie przyjmuje postać: z = ( i Widać z iego, że mamy zaleźć wszystkie pierwiastki stopia z liczby ( i. Jedym z tych pierwiastków jest oczywiście liczba w 1 = i. Pozostałe pierwiastki zajdziemy w podoby sposób, jak w poprzedim przykładzie, wykorzystując pierwiastek główy czwartego stopia z liczby 1, a więc ɛ 1 = i z liczby 1: w 2 = w 1 ɛ 1 = ( ii = i w = w 2 ɛ 1 = ( i i = + i w = w ɛ 1 = ( + i i = + i Przykład 7. Rozwiązać rówaie z = (2 i. Rozwiązaia aszego rówaia to pierwiastki stopia z liczby (2 i. Jedym z tych pierwiastków jest oczywiście liczba z 1 = 2 i. Wyzaczymy pozostałe pierwiastki, korzystając z Twierdzeia 2. Pierwiastki stopia z liczby 1 są rówe:

ɛ 0 = 1 ɛ 1 = cos 2π + i si 2π = 1 2 + 2 i ɛ 2 = cos π + i si π = 1 2 2 i Wyzaczymy teraz pozostałe rozwiązaia aszego rówaia (a więc pozostałe pierwiastki stopia z liczby (2 i a podstawie Twierdzeia 2. Stosujemy wzór (: ( z 2 = z 1 ɛ 1 = (2 i 1 2 + 2 i = 1 + ( 1 2 + 2 + i Widzimy w tym momecie, że jeśli będziemy wyzaczać postać algebraiczą pierwiastka z a podstawie wzoru (, to czeka as dość kłopotliwe możeie: [ ( 1 z = z 2 ɛ 1 = 1 + 2 + i 2 + ] ( 1 2 + 2 i Użyjmy więc wzoru (5: z = z 1 ɛ 2 1 = z 1 ɛ 2 = (2 i ( 1 2 2 i = 1 ( 1 2 + i 2 Ostatie dwa przykłady pokazują, że w pewych sytuacjach wygodie jest stosować wzór (, a w iych lepiej wykorzystać wzór (5. Poieważ pamiętaie wzorów jest kłopotliwe, dobrze jest do całego zagadieia podejść w astępujący sposób. Możymy zay pierwiastek z 1 z liczby z przez odpowiedi pierwiastek główy z liczby 1 i oceiamy, w jaki sposób wygodiej będzie wyzaczać koleje pierwiastki: możąc otrzymay wyik poowie przez pierwiastek główy ɛ 1 z 1, czy też możąc z 1 przez pierwiastek ɛ k z liczby 1. Ćwiczeie Rozwiąż rówaia: (a z = (2 + i, (b z 6 = ( 1 + 2i 12, P.Kajetaowicz