Complexe vergelijking

Moderators: dirkwb, Xilvo

Gebruikersavatar
Berichten: 3.330

Complexe vergelijking

Los op:
\((\tan(x)+i)^n+(\tan(x)-i)^n=0\ (n\in\nn)\)
Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?

Re: Complexe vergelijking

Op meerdere manieren op te lossen. Maar ik laat eerst anderen het woord :D .

Berichten: 2.746

Re: Complexe vergelijking

daarvoor eerst een tussenvraagje

wat zijn de complexe oplossingen van
\(x^n=y^n\)
?

Re: Complexe vergelijking

stoker schreef:daarvoor eerst een tussenvraagje

wat zijn de complexe oplossingen van
\(x^n=y^n\)
?


hint:

Als
\(x^n=y^n\)
, dan is
\(\left(\frac{x}{y}\right)^n=1\)
.

Berichten: 2.746

Re: Complexe vergelijking

dan kom je via deze methode tot :
\(\tan{x}+i=\sqrt[n]{-1} ( \tan{x}-i)\)
daaruit volgt:
\(\tan{x}=\frac{-i \sqrt[n]{-1}-i}{1-\sqrt[n]{1}}\)


had je zoiets in gedachten?

Berichten: 7.068

Re: Complexe vergelijking

kotje schreef:Los op:
\((\tan(x)+i)^n+(\tan(x)-i)^n=0\ (n\in\nn)\)
Is x een complex of een reeel getal?

Gebruikersavatar
Berichten: 140

Re: Complexe vergelijking

Een poging van mij...dit is wat ik tot nu toe heb:
\( (\tan(x)+i)^n + (\tan(x)-i)^n = 0 \)
\( \frac{(\tan(x)+i)^n}{(\tan(x)-i)^n} = -1 \)
\( \frac{(\sin(x)+i\cos(x))^n}{(\sin(x)-i\cos(x))^n} = -1 \)
(Ik heb hier wel verondersteld dat
\( \cos(x) \)
niet 0 is)
\( \frac{(i\sin(x)-\cos(x))^n}{(i\sin(x)+\cos(x))^n} = -1 \)
\( \frac{(\cos(\pi-x)+i\sin(\pi-x))^n}{(\cos(x)+i\sin(x))^n} = -1 \)
\( (\cos(\pi-x)+i\sin(\pi-x))^n = - (\cos(x)+i\sin(x))^n \)
\( (\cos(n(\pi-x))+i\sin(n(\pi-x))) = - (\cos(nx)+i\sin(nx)) \)
Gelijkstellen van reële en imaginaire delen:
\( \cos(n(\pi-x)) = -\cos(nx) \)
en
\( \sin(n(\pi-x)) = -\sin(nx) \)
Geen idee of dit juist is of ik hier iets mee ben...zou wel wat hulp kunnen gebruiken :D

Gebruikersavatar
Berichten: 6.905

Re: Complexe vergelijking

\( \frac{(\sin(x)+i\cos(x))^n}{(\sin(x)-i\cos(x))^n} = -1 \)

\(\left ( \frac{{sin\left( x\right) }^{2}-{cos\left( x\right) }^{2}}{{sin\left( x\right) }^{2}+{cos\left( x\right) }^{2}}+i \frac{2\,cos\left( x\right) \,sin\left( x\right) }{{sin\left( x\right) }^{2}+{cos\left( x\right) }^{2}} \right ) ^n=-1\)
\( \left ( cos 2x + i \cdot sin 2x \right ) ^n= -1\)
\( \left ( e^{i \cdot 2x} \right ) ^n=-1\)
\(x=-\frac{i\,{\left( -ln\left( -1\right) \right) }^{\frac{1}{n}}\,{\left( -1\right) }^{\frac{1}{n}}}{2}\)
Het vel van de beer kunnen verkopen vraagt moeite tenzij deze dood voor je neervalt. Die kans is echter klein dus moeten we zelf moeite doen.

Gebruikersavatar
Berichten: 3.330

Re: Complexe vergelijking

Is x een complex of een reeel getal?
Staat niet bij de oef. Ik beschouw x als een reeël getal.
Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?

Re: Complexe vergelijking

dan kom je via deze methode tot :
\(\tan{x}+i=\sqrt[n]{-1} ( \tan{x}-i)\)
Niet helemaal waar. Uit
\(a^n = b^n\)
volgt niet a=b,

want er zijn n (verschillende) oplossingen van de vergelijking
\(z^n = 1\)
.

Als je een typische oplossing van
\(z^n = 1\)
aangeeft met
\(\sqrt[n]{1}\)
,

dan volgt uit
\(a^n = b^n\)
, dan
\(a = \sqrt[n]{1}b\)
.

Akarai zo lukt het wel, maar het kan ietsje eenvoudiger.

Hier mijn idee:

Als
\(z = (\tan(x) + i)^n\)
, dan staat er
\(z + z^{\ast} = 0\)
(
\(z^{\ast}\)
is de complex geconjungeerd van z).

ofwel
\(2\mbox{Re}(z) = 0\)
Dus
\(\mbox{Re}((\tan(x)+i)^n) = \mbox{Re}(e^{n\ln(\tan(x)+i)}) = 0\)


ofwel
\(e^{n\ln(\sqrt{\tan^2(x)+1})}\cos(n\arctan(\frac{1}{\tan(x)})) = 0\)
dus
\(\cos(n\arctan(\frac{1}{\tan(x)})) = 0\)
ofwel
\(x = \arctan(\frac{1}{\tan(\frac{(2k+1)\pi}{2n})})\)
voor
\(k \in \zz\)

Re: Complexe vergelijking

jhnbk schreef:
\( \frac{(\sin(x)+i\cos(x))^n}{(\sin(x)-i\cos(x))^n} = -1 \)

\(\left ( \frac{{sin\left( x\right) }^{2}-{cos\left( x\right) }^{2}}{{sin\left( x\right) }^{2}+{cos\left( x\right) }^{2}}+i \frac{2\,cos\left( x\right) \,sin\left( x\right) }{{sin\left( x\right) }^{2}+{cos\left( x\right) }^{2}} \right ) ^n=-1\)
\( \left ( cos 2x + i \cdot sin 2x \right ) ^n= -1\)
\( \left ( e^{i \cdot 2x} \right ) ^n=-1\)
\(x=-\frac{i\,{\left( -ln\left( -1\right) \right) }^{\frac{1}{n}}\,{\left( -1\right) }^{\frac{1}{n}}}{2}\)
Uitstekende oplossing jhnbk :D

Op het laatst neem je een verkeerde afslag.
\( \left ( e^{i \cdot 2x} \right ) ^n=-1\)
ofwel
\( e^{i \cdot 2nx}=-1\)
ofwel
\( e^{i \cdot 2nx}=e^{(2k+1)\pi i}\)
\(2nx = (2k+1)\pi\)
\(x = \frac{(2k+1)\pi}{2n}\)
en dat is exact wat ik ook heb (nou ja op die arctan(1/tan()) na dan, maar dat is een foutje mijnerzijds).

Berichten: 7.068

Re: Complexe vergelijking

en dat is exact wat ik ook heb (nou ja op die arctan(1/tan()) na dan, maar dat is een foutje mijnerzijds).
Hoe raak je die arctan kwijt dan? (want ik had precies hetzelfde gedaan als jij en raak die arctan nergens kwijt.)

Berichten: 2.746

Re: Complexe vergelijking

PeterPan schreef:Niet helemaal waar. Uit
\(a^n = b^n\)
volgt niet a=b,

want er zijn n (verschillende) oplossingen van de vergelijking
\(z^n = 1\)
.

Als je een typische oplossing van
\(z^n = 1\)
aangeeft met
\(\sqrt[n]{1}\)
,

dan volgt uit
\(a^n = b^n\)
, dan
\(a = \sqrt[n]{1}b\)
.
bij mij staat toch ook nog de n-de macht wortel van -1 ?

Re: Complexe vergelijking

bij mij staat toch ook nog de n-de macht wortel van -1 ?

\((\tan(x)+i)^n+(\tan(x)-i)^n=0\)
dan
\((\tan(x)+i)^n = \left(\sqrt[n]{-1}\right)^n(\tan(x)-i)^n\)
\(\tan(x)+i = \sqrt[n]{1}\sqrt[n]{-1}(\tan(x)-i)\)
enz.

Dat levert een oplossing.

Vervang dan nog in de uitkomst (om reële oplossingen te verkrijgen)
\(\sqrt[n]{1}\)
door
\(e^{\frac{2m\pi}{n}}\)
en
\(\sqrt[n]{-1}\)
door
\(e^{\frac{(2k+1)\pi}{n}}\)
en je krijgt als het goed is hetzelfde resultaat als jhnbk.

Gebruikersavatar
Berichten: 3.330

Re: Complexe vergelijking

Ik heb het zo gedaan:
\((\frac{\sin(x)}{\cos(x)}+i)^n+...=0\)
\((\sin(x)+i\cos(x))^n+...=0\)
\((\cos(\frac{\pi}{2}-x)+i\sin(\frac{\pi}{2}-x))^n+(\cos(\frac{\pi}{2}-x)-i\sin(\frac{\pi}{2}-x))^n\)
In de tweede ne macht -sin door +sin veranderen door argument van teken te veranderen, dan De Moivre toepassen,vereenvoudigen, dan krijgen we:
\(2\cos(n(\frac{\pi}{2}-x))=0\)
Dan krijgen we:
\(n(x-\frac{\pi}{2})=(2k+1)\frac{\pi}{2}\)
\(k\in\zz\)
\(nx=(2k+1)\frac{\pi}{2}+n\frac{\pi}{2}\)
\(x=\frac{(2k+1)\frac{\pi}{2}}{n}+\frac{\pi}{2}\)
Volgens mijn verstand kan er niets bestaan en toch bestaat dit alles?

Reageer