Группы, кольца и поля. - 12 стр.

UptoLike

Рубрика: 

12 ГРУППЫ, КОЛЬЦА И ПОЛЯ
Вычисление корней. Рассмотрим уравнение
z
n
= x + iy.
Его решения корни n степени из числа, стоящего в правой части. Представляя это число в
тригонометрической форме и используя формулу Муавра, получаем n различных корней
z
k
=
n
ρ
cos
ϕ + 2πk
n
+ i sin
ϕ + 2πk
n
, k = 0, 1, . . . , n 1.
Таким образом, каждое комплексное (и, в частности, действительное!) число имеет n различных
корней степени n. Например, корнями 4 степени из единицы я вляются числа
1, i, 1, i.
Выпишем выражение для квадратного корня из комплексного числа p + iq, не используя фор-
мулу Муавра. Пусть z = x
i
y такое число, что z
2
= p
i
q. Тогда
x
2
y
2
= p, 2xy = q. (10)
Следовательно, y =
q
2p
и, значит,
x
2
q
2
4x
2
= p,
то есть
4x
4
4px
2
q
2
= 0.
Это биквадратное уравнении, и его вещественными корнями являются
x
1,2
= ±
s
p
p
2
+ q
2
+ p
2
, y
1,2
= ±
s
p
p
2
+ q
2
p
2
.
Из четырёх возможных комбинаций только две при возведении в квадрат дают исходное число:
±
q
p
2
+q
2
+p
2
± i
q
p
2
+q
2
p
2
, если p > 0,
±
q
p
2
+q
2
+p
2
i
q
p
2
+q
2
p
2
, если p < 0,
(11)
и именно они являются квадратными корнями из комплексного числа p + iq.
Решение квадратных уравнений. Рассмотрим уравнение
az
2
+ bz + c = 0, a, b, c R, a 6= 0.
Его решениями являются
z
1,2
=
b ±
D
2a
, D > 0,
b ± i
D
2a
, D < 0,
где D = b
2
4ac. Заметим, что если корни комплексные (случай D < 0), то они комплексно
сопряжены. Таким же свойством обладают решения любого уравнения (9) с действительными
коэффициентами: если число z его решение, то ¯z также является решением.
Если уравнение имеет комплексные коэффициенты, то его решения имеют вид
z
1,2
=
b +
D
2a
,
где
D вычисляется по формулам (11).
Как и для уравнений с действительными коэффициентами, для произвольных квадратных
уравнений справедлива
12                                     ГРУППЫ, КОЛЬЦА И ПОЛЯ

Вычисление корней. Рассмотрим уравнение
                                               z n = x + iy.
Его решения — корни n-й степени из числа, стоящего в правой части. Представляя это число в
тригонометрической форме и используя формулу Муавра, получаем n различных корней
                                                     
                      √       ϕ + 2πk         ϕ + 2πk
                 zk = n ρ cos         + i sin           , k = 0, 1, . . . , n − 1.
                                 n               n
Таким образом, каждое комплексное (и, в частности, действительное!) число имеет n различных
корней степени n. Например, корнями 4-й степени из единицы являются числа
                                               1, i, −1, −i.
  Выпишем выражение для квадратного корня из комплексного числа p + iq, не используя фор-
мулу Муавра. Пусть z = xi y — такое число, что z 2 = pi q. Тогда
                                        x2 − y 2 = p,      2xy = q.                    (10)
                      q
Следовательно, y =   2p   и, значит,
                                                      q2
                                              x2 −       = p,
                                                     4x2
то есть
                                          4x4 − 4px2 − q 2 = 0.
Это — биквадратное уравнении, и его вещественными корнями являются
                             sp                         sp
                                p2 + q 2 + p               p2 + q 2 − p
                    x1,2 = ±                 , y1,2 = ±                 .
                                    2                          2
Из четырёх возможных комбинаций только две при возведении в квадрат дают исходное число:
                        q√                 q√
                              p2 +q 2 +p       p2 +q 2 −p
                       ±                ±i               , если p > 0,
                          q√ 2              q√ 2                                     (11)
                               2    2
                              p +q +p           2    2
                                               p +q −p
                        ±                ∓ i              , если p < 0,
                       
                                 2                2
и именно они являются квадратными корнями из комплексного числа p + iq.

Решение квадратных уравнений. Рассмотрим уравнение
                                az 2 + bz + c = 0,      a, b, c ∈ R,   a 6= 0.
Его решениями являются
                                            √
                                       −b  ±   D
                                                 ,    D > 0,
                                     
                                     
                              z1,2 =       2a √
                                      −b ± i −D , D < 0,
                                     
                                            2a
          2
где D = b − 4ac. Заметим, что если корни комплексные (случай D < 0), то они комплексно
сопряжены. Таким же свойством обладают решения любого уравнения (9) с действительными
коэффициентами: если число z — его решение, то z̄ также является решением.
  Если уравнение имеет комплексные коэффициенты, то его решения имеют вид
                                                   √
                                            −b + D
                                     z1,2 =          ,
                                                2a
    √
где D вычисляется по формулам (11).
  Как и для уравнений с действительными коэффициентами, для произвольных квадратных
уравнений справедлива