quinta-feira, 16 de maio de 2013

(mais) Um exercício resolvido...

Considere-se a equação.
x3 - 2x - 4 = 0
Num post anterior vimos que uma solução real era:
       ∘----∘----- ∘ ----∘----
x  =   32 +   100+  32 -   100
              27           27
       ┌│ (----√-)3-- ┌│ (----√--)3-
       3│∘      -3-    │∘3     --3
   =      1+  3    +     1-  3
          √-      √ -
   =  1 + -3-+ 1- --3
           3       3
   =  2

Eu disse que, recorrendo à fórmula de Tartaglia era fácil mostrar que as outras soluções eram -1 ± i, e propus ao leitor deste blog que tentasse obtê-las.
É o que vou fazer.
Se ainda não tentou, PARE!
Tente e depois volte cá.
Mais uma vez recorde-se que:
x = α + β

α é uma raíz cúbica de
     ∘ -2----3
- q +  q +  p-
 2     4    27
β = --p-
     3α

Então:
                   ┌ -----------
      ∘ ----∘----  ││ (    √ -)3
α  =   32 +   100= ∘3  1+ --3
              27           3
      (    √ -)
   =    1+ --3  cis2πk-;k ∈ ℤ
            3       3
         p
β  =  - ---
        3α
   =   -(---√-2)------
       3 1+ -33 cis2πk3-
          2      (  2πk)
   =   (---√-)cis - ----
       3(+  3√ -)     3
       2-3----3--  (  2πk-)
   =   ( 2  √-2) cis  - 3
       (3 -√-3)
       3 -  3    (  2πk)
   =   ---3---cis - -3--
      (    √ -)    (     )
   =    1- --3  cis  - 2πk-
            3          3
e portanto
      (    √ -)    (    )  (    √ -)    (     )
x  =    1+ --3  cis 2πk-  +  1- --3  cis - 2πk-
            3        3           3          3
       -------2-------
   =    (    √3)   2πk
       3 1+  3  cis 3          √ -
         ( 2πk)      (  2πk)     3(   ( 2πk)      (  2πk) )
   =  cis  -3-- + cis  - -3-- + -3- cis  -3-- - cis  - -3--
           (    )   √ -    (    )
   =  2 cos  2πk- +  2-3isin  2πk--
       (   √-3)       3        3
       -3---3--  (  2πk-)
   =      3   cis  - 3   ;k ∈ {0,1,2}
E temos aqui uma fórmula genérica para as soluções da equação.
Para k = 0 temos
           2√3         ′
x = 2 cos0 +-3--isin0 = 20 = 2
Para k = 1 temos
       (   )    √ -    (   )      (   )    √ -   √ -
x = 2cos 2π- + 2--3isin  2π-  = 2×  - 1  + 2--3i× --3= - 1+ i
          3      3       3           2     3      2

Para k = 2 temos
        (   )    √ -   (   )       (   )    √-    (  √-)
x = 2cos  4π- + 2--3isin  4π- = 2 ×  - 1  + 2-3-i×  - -3-  = - 1- i
          3      3        3           2     3         2
Não era fácil?
Estes posts são gerados recorrendo ao conversor de LaTeX para HTML Tex4ht e a uma ferramenta da minha autoria que facilita (imenso) o transporte das imagens/equações para o blog.
Seja como for, não tenciono tornar este blog num repositório de cálculos...
Até à próxima. 
Carlos Paulo

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