题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
=f(z)4z3+pz2−24z+108
where p is a constant.
Given that −3 is a root of the equation f(z)=0
(a) determine the value of p
(2)
(b) using algebra, solve f(z)=0 completely, giving the roots in simplest form,
(4)
(c) determine the modulus of the complex roots of f(z)=0
(2)
(d) show the roots of f(z)=0 on a single Argand diagram.
(2)
题目中文翻译
本题必须展示所有解题步骤。
完全依赖计算器技术的解答不可接受。
=f(z)4z3+pz2−24z+108
其中 p 为常数。
已知 −3 是方程 f(z)=0 的一个根,
(a) 确定 p 的值
(2)
(b) 用代数方法完全解方程 f(z)=0,根以最简形式表示
(4)
(c) 确定 f(z)=0 的复数根的模
(2)
(d) 在同一 Argand 图上表示 f(z)=0 的根
(2)
解答
(a)
解法一
思路
展开
由因式定理,−3 是根意味着 f(−3)=0。代入后得到关于 p 的一次方程。
答题过程
展开
Since −3 is a root, f(−3)=0. Substituting gives
=4(−3)3+p(−3)2−24(−3)+1080.
Therefore,
===−108+9p+72+1080,9p+720,9p−72.
Hence
p=−8.
解法二
思路
展开
由于 z+3 是因式,可把二次因式的首项和常数项先确定,只留下中间系数 b。展开乘积后,先比较 z 的系数求 b,再比较 z2 的系数求 p。
答题过程
展开
Since z+3 is a factor, write
f(z)=(z+3)×(4z2+bz+36).
Expanding,
==f(z)4z3+bz2+36z+12z2+3bz+1084z3+(b+12)z2+(3b+36)z+108.
Comparing the coefficients of z gives
3b+36=3b=b=−24,−60,−20.
Comparing the coefficients of z2,
p===b+12−20+12−8.
(b)
解法一
思路
展开
代入 p=−8 后,用多项式除法除去已知因式 z+3。每一步用当前最高次项确定下一商项,乘回并相减,直到余数为零。最后用二次公式求出共轭复根,并列出全部三个根。
答题过程
展开
With p=−8,
f(z)=4z3−8z2−24z+108.
Since z=−3 is a root, z+3 is a factor.
Dividing the leading terms gives 4z3/z=4z2. Multiplying back,
4z2(z+3)=4z3+12z2.
Subtracting this from f(z) leaves
=(−8−12)z2−24z+108−20z2−24z+108.
The next quotient term is −20z2/z=−20z. Multiplying back,
=(−20z)(z+3)−20z2−60z.
Subtracting leaves
=(−24+60)z+10836z+108.
The final quotient term is 36z/z=36, and
36(z+3)=36z+108.
The remainder is therefore zero, so
=f(z)(z+3)×(4z2−20z+36).
For the quadratic factor, the discriminant is
Δ===(−20)2−4(4)(36)400−576−176.
Hence
z====820±Δ820±−176820±4i1125±i11.
Thus all three roots are
z1=z2=z3=−3,25+i11,25−i11.
解法二
思路
展开
沿用前面的因式分解,但用配方法代替二次公式。先把二次方程除以 4,再补成平方,即可求出两个复根。
答题过程
展开
Using the factorisation from Method 1, one root is z=−3. The other roots satisfy
4z2−20z+36=0.
Dividing by 4 and completing the square,
z2−5z+9=z2−5z=z2−5z+425=(z−25)2=0,−9,−9+425,−411.
Thus
z−25=z=±2i11,25±i11.
All three roots are therefore
z1=z2=z3=−3,25+i11,25−i11.
(c)
解法一
思路
展开
复数的模由实部与虚部的平方和开方得到。两个复根互为共轭,因此模相同,只需计算其中一个。
答题过程
展开
For either complex root,
====25±i11(25)2+(211)2425+1193.
解法二
思路
展开
两个复根是共轭数,其乘积等于模的平方;另一方面,它们的乘积可直接由二次因式的常数项与首项系数得到。
答题过程
展开
The product of the roots of
4z2−20z+36=0
is
436=9.
Since the roots are a conjugate pair, their product is the square of their common modulus. Hence
∣z∣2=9,
so
∣z∣=3.
(d)
解法一
思路
展开
在 Argand 图上,横轴表示实部、纵轴表示虚部。实根位于负实轴;两个共轭根实部均为 5/2,虚部分别为 ±11/2,应关于实轴对称。
答题过程
展开
Plot the three points
(−3,0),
(25,211),
and
(25,−211)
on a single Argand diagram, with the conjugate pair symmetric about the real axis.