שורשי היחידה ופתרון המשוואה zⁿ=w
מבוא
מטרות השיעור
- למצוא את n שורשי היחידה מסדר n (פתרונות )
- להבין שהשורשים הם קודקודי מצולע משוכלל על מעגל היחידה
- לפתור את המשוואה הכללית בעזרת ההצגה הקוטבית
- לדעת שמספר הפתרונות הוא בדיוק n
- לייצג את הפתרונות גרפית במישור גאוס
הרעיון המרכזי
שורשי היחידה מסדר n
פתרונות המשוואה נקראים שורשי היחידה מסדר n. נכתוב . כל שורש מקיים, לפי דה-מואבר, ולכן r=1, וזוויתו מקיימת . מכאן:
יש בדיוק n שורשים שונים, כולם על מעגל היחידה, והם מחלקים אותו ל-n קשתות שוות — כלומר הם קודקודי מצולע משוכלל בעל n צלעות.
פתרון המשוואה הכללית
כדי לפתור כותבים את w בהצגה קוטבית . שורש מקיים, לפי דה-מואבר, ו-. לכן:
כל n הפתרונות בעלי אותו רדיוס , והם קודקודי מצולע משוכלל החסום במעגל ברדיוס זה. שימו לב: מוציאים שורש מן הרדיוס (), לא מחלקים ב-n.
תכונה: סכום שורשי היחידה שווה אפס
שורשי היחידה הם סדרה הנדסית עם מנה . סכום הסדרה הוא , ומכיוון ש- המונה אפס, ולכן הסכום הוא 0. גאומטרית, הסימטריה של המצולע המשוכלל סביב הראשית גורמת לקודקודים "להתאזן".
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: שלושת שורשי היחידה מסדר 3
פתרו את וציירו את הפתרונות.
שלב 1 — רדיוס
דוגמה 2: פתרון z⁴ = 16
פתרו את .
שלב 1 — w בקוטבי
דוגמה 3: פתרון z³ = 8i
פתרו את .
שלב 1 — w בקוטבי
דוגמה 4: סכום שורשי היחידה
מהו סכום ארבעת שורשי היחידה מסדר 4?
שלב 1 — מוצאים את השורשים
בדיקה מהירה
כמה פתרונות מרוכבים שונים יש למשוואה , כאשר w מספר מרוכב שונה מאפס?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
אחד משורשי היחידה מסדר 3 (פתרונות הוא 1. מהו אחד משני השורשים האחרים?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
מהי קבוצת הפתרונות של המשוואה ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: מוצאים רק פתרון אחד
טעות: הפתרון היחיד של הוא .
נכון: שלושה פתרונות: .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מחלקים את הרדיוס ב-n במקום להוציא שורש
טעות: עבור כותבים r=16/4=4.
נכון: .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: קפיצות זווית לא שוות
ל-n=6 ההפרש הוא , ולא ערך אחר.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
שורשי היחידה ופתרון zⁿ=w:
- למשוואה (עם ) יש בדיוק n פתרונות.
- הרדיוס של כל פתרון: ; הזוויות: , .
- הפתרונות הם קודקודי מצולע משוכלל המחלק את המעגל ל-n חלקים שווים.
- סכום שורשי היחידה () הוא 0.
זכרו: שורש מן הרדיוס (לא חלוקה), n פתרונות, קפיצות של .
בשיעור הבא נשתמש בערך המוחלט ובמרחקים במישור גאוס כדי לזהות מקומות גאומטריים.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי למצוא שורשי יחידה ולפתור משוואות מהצורה zⁿ=w!