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複數的 n 次方根

高中 12 年級 · 數與量

觀念

Oz₀z₁z₂z₀ = 2z₁ = −1+√3 iz₂ = −1−√3 iz³ = 8

方程式 zn=wz^n=w(w≠0w\ne0)在複數中恰有 nn 個相異解,用極式與棣美弗定理求:長度開 nn 次方根,角度為 θ+360∘kn\dfrac{\theta+360^\circ k}{n},k=0,…,n−1k=0,\ldots,n-1,這些根在複數平面上均勻分布在一個圓上。

例:z3=8z^3=8 的解為 22、−1±3i-1\pm\sqrt3 i。

這是代數基本定理的具體展現,也是訊號處理中離散傅立葉變換的基礎。

例題

O?z₁z₂z₃z₄z₅

如圖,方程式 z6=−1z^{6} = -1 的 66 個根在複數平面上均勻排在圓上,依輻角由小到大(0∘≤θ<360∘0^\circ \le \theta < 360^\circ)記為 z0,z1,z2,z3,z4,z5z_0, z_1, z_2, z_3, z_4, z_5(圖上寫作 z₀、z₁…)。圖中標 ? 的是 z0z_0,求 z0z_0(寫成 a+bia + bi)。

看解法與答案

z6=−1z^{6} = -1 寫成極式:長度 11、輻角 180∘180^\circ。根的長度 16=1\sqrt[6]{1} = 1,輻角 180∘+360∘k6\dfrac{180^\circ + 360^\circ k}{6},k=0,…,5k = 0, \ldots, 5,即 30∘,90∘,150∘,210∘,270∘,330∘30^\circ, 90^\circ, 150^\circ, 210^\circ, 270^\circ, 330^\circ。

z0z_0 的輻角是 30∘30^\circ:z0=(cos⁡30∘+isin⁡30∘)=32+12iz_0 = (\cos 30^\circ + i\sin 30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2}+\frac{1}{2}i。

答案: 32+12i\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2} i

用在哪裡

插畫

複數的 n 次方根:例題插畫

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