Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2148
i

Дан мно­го­член p левая круг­лая скоб­ка z пра­вая круг­лая скоб­ка =z в кубе плюс z в квад­ра­те , z  — ком­плекс­ное число.

а)  Ре­ши­те урав­не­ние p(z)  =  2.

б)  Най­ди­те сумму квад­ра­тов всех кор­ней урав­не­ния p(z)  =  2002.

в)  Най­ди­те все дей­стви­тель­ные зна­че­ния c, при ко­то­рых мо­ду­ли всех кор­ней урав­не­ния p(z)  =  c не пре­вос­хо­дят 1.

г)  Су­ще­ству­ют ли такие ком­плекс­ные зна­че­ния c, при ко­то­рых мо­ду­ли всех кор­ней урав­не­ния p(z)  =  c равны 1?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  Пре­об­ра­зу­ем урав­не­ние

z в кубе плюс z в квад­ра­те =2  рав­но­силь­но z в кубе плюс z в квад­ра­те минус 2=0.

Оче­вид­но, у него есть ко­рень z=1, по­это­му можно вы­де­лить мно­жи­тель z минус 1: левая круг­лая скоб­ка z минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка z в квад­ра­те плюс 2z плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка =0. Зна­чит, либо z=1, либо

z в квад­ра­те плюс 2z плюс 2=0 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка z плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те = минус 1 рав­но­силь­но z плюс 1=\pm i рав­но­силь­но z= минус 1\pm i.

Ответ z=1; z= минус 1\pm i.

б)  Обо­зна­чим эти корни за a, b, c. По тео­ре­ме Виета для урав­не­ния z в кубе плюс z в квад­ра­те минус 2002=0 по­лу­ча­ем a плюс b плюс c= минус 1 и ab плюс bc плюс ac=0, от­ку­да

a в квад­ра­те плюс b в квад­ра­те плюс c в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка a плюс b плюс c пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус 2 левая круг­лая скоб­ка ab плюс bc плюс ac пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус 2 умно­жить на 0=1.

при­ме­нять тео­ре­му Виета можно, по­сколь­ку в ком­плекс­ных чис­лах любой мно­го­член имеет ровно столь­ко кор­ней, ка­ко­ва его сте­пень (с уче­том крат­но­сти).

в)  Для на­ча­ла ис­сле­ду­ем функ­цию f левая круг­лая скоб­ка z пра­вая круг­лая скоб­ка =z в кубе плюс z в квад­ра­те при ве­ще­ствен­ных z. Ее про­из­вод­ная равна 3z в квад­ра­те плюс 2z=z левая круг­лая скоб­ка 3z плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , по­это­му про­из­вод­ная от­ри­ца­тель­на при z при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка и по­ло­жи­тель­на при z мень­ше минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби и при z боль­ше 0. Зна­чит, функ­ция воз­рас­та­ет до z= минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , при­чем

f левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 8, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби ,

потом убы­ва­ет до z=0, при­чем f левая круг­лая скоб­ка 0 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 и затем воз­рас­та­ет. Ее при­мер­ный гра­фик по­ка­зан на ри­сун­ке (см. рис.) и из него видно, что при c при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка z пра­вая круг­лая скоб­ка =0 имеет три ве­ще­ствен­ных корня (на кон­цах про­ме­жут­ка  — с уче­том крат­но­сти) и все они лежат на от­рез­ке  левая квад­рат­ная скоб­ка минус 1; 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка , по­это­му усло­вие вы­пол­ня­ет­ся.

От­ме­тим сразу, что при c= дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби кроме z= минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби в урав­не­ние го­дит­ся z= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби . При c мень­ше 0 урав­не­ние имеет один ве­ще­ствен­ный ко­рень, при­чем из того же гра­фи­ка видно, что он мень­ше −1, по­это­му усло­вие не вы­пол­ня­ет­ся уже для него. При c боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби урав­не­ние имеет ровно один ве­ще­ствен­ный ко­рень. Он ста­но­вит­ся боль­ше 1 при c боль­ше 2, так что оста­лось разо­брать­ся со слу­ча­ем c при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби ; 2 пра­вая круг­лая скоб­ка . Обо­зна­чим ве­ще­ствен­ный ко­рень за x, то есть x в кубе плюс x в квад­ра­те =c и за­пи­шем урав­не­ние в виде z в кубе плюс z в квад­ра­те =x в кубе плюс x в квад­ра­те . Пре­об­ра­зу­ем его

z в кубе минус x в кубе плюс z в квад­ра­те минус x в квад­ра­те =0  рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка z минус x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка z в квад­ра­те плюс zx плюс x в квад­ра­те плюс z плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка =0.

Ко­рень пер­вой скоб­ки это x нас не ин­те­ре­су­ет. Вто­рая скоб­ка дает урав­не­ние z в квад­ра­те плюс z левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс x в квад­ра­те плюс x. Оно не имеет ве­ще­ствен­ных кор­ней (у ис­ход­но­го урав­не­ния был лишь один ве­ще­ствен­ный ко­рень), а его ком­плекс­ные корни со­пря­же­ны. Зна­чит, они равны по мо­ду­лю. С дру­гой сто­ро­ны, мо­дуль их про­из­ве­де­ния равен x в квад­ра­те плюс x, по­это­му мо­дуль каж­до­го из них равен  ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: x в квад­ра­те плюс x конец ар­гу­мен­та . По­лу­ча­ем не­ра­вен­ство  ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: x в квад­ра­те плюс x конец ар­гу­мен­та мень­ше или равно 1, от­ку­да

x в квад­ра­те плюс x минус 1 мень­ше или равно 0 рав­но­силь­но x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: минус 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: минус 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

Учи­ты­вая усло­вие x боль­ше или равно 0 и x боль­ше дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби (чтобы по­лу­чал­ся один ве­ще­ствен­ный ко­рень) по­лу­ча­ем x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: минус 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . По­сколь­ку функ­ция x в кубе плюс x в квад­ра­те воз­рас­та­ет при x боль­ше 0, оста­лось толь­ко вы­чис­лить ее зна­че­ние при x= дробь: чис­ли­тель: минус 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Сде­ла­ем это, учи­ты­вая что x в квад­ра­те =1 минус x:

x в кубе плюс x в квад­ра­те =x в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка 1 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =1 минус x в квад­ра­те =1 минус левая круг­лая скоб­ка 1 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка =x= дробь: чис­ли­тель: минус 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Окон­ча­тель­но, c при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: минус 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

г)  Рас­смот­рим урав­не­ние z в кубе плюс z в квад­ра­те минус c=0. По­сколь­ку про­из­ве­де­ние его кор­ней равно c по тео­ре­ме Виета и мо­ду­ли всех кор­ней долж­ны быть равны 1, то и \absc=1. За­пи­шем z и c в три­го­но­мет­ри­че­ской форме. Пусть z= ко­си­нус x плюс синус x и c= ко­си­нус a плюс i синус a. Тогда урав­не­ние в силу фор­му­лы Му­ав­ра при­мет вид

 ко­си­нус 3x плюс i синус 3x плюс ко­си­нус 2x плюс i синус 2x= ко­си­нус a плюс i синус a.

Зна­чит, си­сте­ма три­го­но­мет­ри­че­ских урав­не­ний

 левая фи­гур­ная скоб­ка \beginaligned ко­си­нус 3x плюс ко­си­нус 2x= ко­си­нус a синус 3x плюс синус 2x= синус a \endaligned .

долж­на иметь три ре­ше­ния при x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 0; 2 Пи пра­вая круг­лая скоб­ка . Воз­ве­дем оба урав­не­ния в квад­рат и сло­жим их. По­лу­чим:

 ко­си­нус в квад­ра­те 3x плюс ко­си­нус в квад­ра­те 2x плюс 2 ко­си­нус 3x ко­си­нус 2x плюс синус в квад­ра­те 3x плюс синус в квад­ра­те 2x плюс 2 синус 3x синус 2x= ко­си­нус в квад­ра­те a плюс синус в квад­ра­те a

 рав­но­силь­но 1 плюс 1 плюс 2 ко­си­нус 3x ко­си­нус 2x плюс 2 синус 3x синус 2x=1  рав­но­силь­но 2 ко­си­нус 3x ко­си­нус 2x плюс 2 синус 3x синус 2x= минус 1

 рав­но­силь­но ко­си­нус 3x ко­си­нус 2x плюс синус 3x синус 2x= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби  рав­но­силь­но ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 3x минус 2x пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби  рав­но­силь­но ко­си­нус x= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Итак, для лю­бо­го ре­ше­ния этой си­сте­мы вы­пол­не­но также урав­не­ние  ко­си­нус x= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Но оно имеет лишь два ре­ше­ния на про­ме­жут­ке  левая квад­рат­ная скоб­ка 0; 2 Пи пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­чит, ис­ход­ное урав­не­ние будет иметь не более двух ре­ше­ний, рав­ных по мо­ду­лю еди­ни­це. Ответ нет, это не­воз­мож­но.

 

Ответ: а) {1, −1 ± i}; б) 1; в) c при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: минус 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ; г) нет, не су­ще­ству­ют.

 

----------

Дуб­ли­ру­ет за­да­ние 2143.


-------------
Дублирует задание № 2143.
Спрятать критерии
Критерии проверки:

? Источники:
? Классификатор: За­да­чи с па­ра­мет­ром, Урав­не­ния с ком­плекс­ны­ми чис­ла­ми и их си­сте­мы
?
Сложность: 11 из 10
Источник: сайт Решу урок  —  выпускные экзамены по математике, задание № 2143.