Citat:
Ursprungligen postat av
skommet
Hej!
Hur ska man tänka på denna uppgift:
Lös ekvationen
X^4 + 1 = 0
Jag tänker: X^4 = -1 ---> x = (-1)^(1/4) ---> inslagen på miniräknare ---> x = -1
Men man ska få 4 lösningar i komplexa talplanet.
Hur gör man detta steg för steg så att man förstå hur det ska bli det?
Polär form:
Vi ska lösa z⁴ + 1 = 0 ⇔ z⁴ = -1. Låt z = re^(iφ) och -1 = e^(iπ). Vi får av de Moivres formel:
z⁴ = (re^(iφ))⁴ = r⁴e^(4iφ) = -1 = e^(iπ)
Identifiering ger oss att r⁴ = 1 ⇔ r = 1 och 4φ = π + 2π·k ⇔ φ = π/4 + π/2·k där k är alla heltal.
Vi får alltså att z = 1·e^(i(π/4 + π/2·k)) = e^(iπ/4 + iπ/2·k). Sätt nu in k = 0, 1, 2 och 3 för att få fram de unika lösningarna (fyra stycken) på rektangulär form.
Rektangulär form:
Vi har att z⁴ = 1 ⇔ z⁴ = -1. Detta innebär att z² = i (1) eller z² = -i (2).
(1): Sätt z = x + iy vilket ger z² = x² - y² + 2ixy = i. Observera sedan att |z²| = |z|² = x² + y² = |i| = 1. Vi sammanfattar dessa ekvationer:
Re: x² - y² = 0
Im: 2xy = 1
Abs: x² + y² = 1
Adderar vi den första ekvationen till den tredje får vi att 2x² = 1 så x = ± 1/√2. Den andra ekvationen ger oss y = ± 1/√2 så här får vi lösningarna:
z = 1/√2 + i·1/√2 eller z = -1/√2 - i·1/√2
(2): Analogt med ovan ger oss lösningarna z = -1/√2 + i·1/√2 eller z = 1/√2 - i·1/√2.
Sammanfattningsvis, z = 1/√2 + i·1/√2, z = -1/√2 - i·1/√2, z = -1/√2 + i·1/√2, z = 1/√2 - i·1/√2 vilket som förväntat är totalt fyra lösningar.