الرياضيات · المسرد

ما معنى جذور الوحدة؟

تعريف 28.14 رياضيات المرحلة الثانوية · الفصل 28 — الأعداد العقدية

من أجل n1n \geq 1، جذور الوحدة من الرتبة nn هي حلول المعادلة zn=1z^n = 1.

جذور الوحدة الخماسية، = 2 π/5: وهي رؤوس مخمَّس منتظم مرسوم داخل دائرة الوحدة ().
جذور الوحدة الخماسية، ω=e2iπ/5\omega = \eu^{2\iu\pi/5}: وهي رؤوس مخمَّس منتظم مرسوم داخل دائرة الوحدة (التمرين 28.10).
اقرأ في الفصل ←
تعريف 3.17 الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 3 — الأعداد العقدية

الجذور من الرتبة nn للوحدة هي حلول المعادلة zn=1z^n = 1:

Un={ωk:k=0,,n1},ω=e2iπ/n.\mathbb{U}_n = \bigl\{\, \omega^k : k = 0, \dots, n-1 \,\bigr\}, \qquad \omega = \eu^{2\iu\pi/n}.

وهي تكوّن زمرة بالنسبة إلى الضرب (الفصل 7) وتقع عند رؤوس مضلع منتظم ذي nn ضلعًا مرسوم داخل دائرة الوحدة.

الجذور الخامسة للوحدة، = 2 π/5: مخمّس منتظم على دائرة الوحدة.
الجذور الخامسة للوحدة، ω=e2iπ/5\omega = \eu^{2\iu\pi/5}: مخمّس منتظم على دائرة الوحدة.

أمثلة

مثال 3.20 (الجذور التربيعية في الشكل الجبري)

لحلّ z2=3+4iz^2 = 3 + 4\iu دون مثلثات، ضع z=x+iyz = x + \iu y:

x2y2=3,2xy=4,x2+y2=3+4i=5.x^2 - y^2 = 3, \qquad 2xy = 4, \qquad x^2 + y^2 = \abs{3 + 4\iu} = 5 .

وبجمع الأولى والأخيرة: x2=4x^2 = 4، ومنه x=±2x = \pm 2، ثم y=2/x=±1y = 2/x = \pm 1 مع اقتران الإشارتين نفسه (إذ xy=2>0xy = 2 > 0): z=±(2+i)z = \pm(2 + \iu). وبضمّ ذلك إلى الصيغة المعتادة، يُحلّ كل معادلة من الدرجة الثانية ذات معاملات عقدية (التمرين 3.7).

مثال 3.16 (طرف أيمن غير حقيقي)

حُلَّ z4=8+8i3z^4 = -8 + 8\iu\sqrt3. الشكل الأسّي للطرف الأيمن: المقياس 64+192=16\sqrt{64 + 192} = 16، والعمدة θ\theta حيث cosθ=12\cos\theta = -\frac12 وsinθ=32\sin\theta = \frac{\sqrt3}2، أي θ=2π3\theta = \frac{2\pi}3. والجذور الأربعة هي

zk=2ei(π6+kπ2),k=0,1,2,3:z0=3+i,z1=iz0=1+i3,z_k = 2\,\eu^{\iu(\frac\pi6 + \frac{k\pi}2)}, \quad k = 0, 1, 2, 3 : \qquad z_0 = \sqrt3 + \iu,\quad z_1 = \iu z_0 = -1 + \iu\sqrt3,
z2=z0=3i,z3=iz0=1i3.z_2 = -z_0 = -\sqrt3 - \iu,\qquad z_3 = -\iu z_0 = 1 - \iu\sqrt3 .

(وللتحقق: z02=2+2i3z_0^2 = 2 + 2\iu\sqrt3، ومنه z04=(2+2i3)2=412+8i3=8+8i3z_0^4 = (2 + 2\iu\sqrt3)^2 = 4 - 12 + 8\iu\sqrt3 = -8 + 8\iu\sqrt3.) وبمجرد العثور على جذر واحد تأتي الثلاثة الأخرى مجانًا: فهي دوراناته المتتالية بالزاوية π2\frac\pi2، أي جداءاته بالجذور الرابعة للوحدة — وهو البناء العام وراء المبرهنة 3.14، ويجدر استغلاله قبل إعادة حساب كل جذر من الصفر. ولا تناظر مترافق هذه المرة: فالطرف الأيمن ليس حقيقيًا.

اقرأ في الفصل ←