Resolver en C(complejos) la ecuación: z6- 2iz3- 1=0 indicando la multiplicidad de cada raíz.
Gracias!
Digamos que z³=w=a+bi entonces se forma la ecuacion
w²-2iw-1=0
Notemos que si w=a+bi, entonces w²=a²-b²+2abi, ademas -2iw=2b-2ai
Entonces w²-2iw-1=a²-b²+2abi+2b-2ai-1=a²-b²+2b-1 + (2ab-2a)i=0
Igualamos las partes reales y las imaginarias y llegamos a dos ecuaciones
a²-b²+2b-1=0
2ab-2a=0
De la segunda se llega a que 2(ab-a)=0, entonces ab-a=0, entonces a(b-1)=0, luego a=0 ò b-1=0, es decir b=1
Ademas, de la primera se llega a que a²=b²-2b+1=(b-1)², entonces al sacar raiz cuadrada, queda que |a|=|b-1|, ahora si a=0, entonces b-1=0, es decir b=1 y si b=1, entonces a=0, lo cual significa que la solucion a=0 y b=1 es consistente con el sistema
Por lo tanto w=a+bi=0+i
Sabemos que z³=w=i, por lo tanto, saquemos las raices cubicas de este complejo con la formula de De Moivre
Zk=|z|Λ(1/n) (cos ((α+2πk)/n) + isen((α+2πk)/n) ) donde en este caso n=3 al ser las raices cubicas
Habra que obtener el modulo de w=0+1i que es 1, ent |w|=1, luego si obtenemos la raiz cubica de este numero tambien da 1, ahora bien expresemos a w en forma polar, sabemos que tgα=b/a, pero al tener solo componente imaginaria hacia arriba (pues b>0),entonces α=90ª=π/2, por tanto w=1 (cos(π/2) + isen(π/2))=1(0+i)=i
Calculemos las raices con k=0, y n=3, por cierto habra 3 raices distintas que se obtienen con la formula usando desde k=0 hasta k=n-1, en este caso usaremos hasta k=2
Zo=1 ( cos(π/6) + isen(π/6))
Ahora con k=1
Z1=1( cos (5π/6) + isen(5π/6))
Ahora con k=2
Z2=1 (cos(9π/6) + isen(9π/6) =1(cos(3π/2) +isen(3π/2))
Por lo tanto Z0,z1,z2 son soluciones de tu ecuacion, cuentanos si tienes mas dudas
Vamos con una variante.
Observa que en el primer miembro tienes una expresión polinómica de grado 6,
que tiene seis raíces en el campo de los números complejos, de acuerdo al Teorema Fundamental.
Aplicas la sustitución (cambio de incógnita) que sugiere el colega Alejandro:
w = z3 (1),
luego sustituyes y la ecuación queda:
w2 - 2iw - 1 = 0,
luego, ordenas factores en el segundo término, escribes el tercer término como un cuadrado y queda:
w2 - 2wi + i2 = 0,
observa que tienes un trinomio cuadrado perfecto, factorizas y queda:
(w + i)2 = 0,
luego sustituyes la expresión señalada (1) y queda:
(z3 + i)2 = 0 (2),
haces pasaje de potencia como raíz y queda:
z3 + i = 0 (3),
haces pasaje de término y queda:
z3 = - i,
expresas el segundo miembro en forma polar (módulo y argumento) y queda:
z3 = 1270°,
haces pasaje de potencia como raíz y queda:
z = ∛( 1270° ),
luego aplicas la fórmula de De Moivre para las raíces y queda:
z = ∛(1)(270°+360°k)/3, con k = 0, 1, 2,
luego resuelves el módulo, distribuyes el denominador en el argumento y queda:
z = 190°+120°k, con k = 0, 1, 2,
luego, tienes tres raíces:
z0 = 190°, de donde tienes que (z - z0) es factor,
z1 = 1210°, de donde tienes que (z - z1) es factor,
z2 = 1300°, de donde tienes que (z - z2) es factor,
luego, expresas el primer miembro de la ecuación señalada (3) en forma factorizada y queda:
(z - z0)*(z - z1)*(z - z2) = 0,
luego sustituyes el primer miembro en el primer miembro de la ecuación señalada (2) y queda:
( (z - z0)*(z - z1)*(z - z2) )2 = 0,
distribuyes la potencia y queda:
(z - z0)2 * (z - z1)2 * (z - z2)2 = 0,
por lo que puedes concluir que los tres factores elementales tienen multiplicidad 2,
y que las raíces z0, z1 y z2, que son soluciones de la ecuación del enunciado, son todas de multiplicidad 2.
Puedes luego expresar las soluciones en forma trigonométrica y después en forma cartesiana binómica si te resulta necesario.
Espero haberte ayudado.