Les nombres complexes (racines carrées et racines nièmes)

Pour être au top ! - Exercice 1

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Résoudre dans C{2i}\mathbb{C}-\left\{2i\right\}, l'équation ci-dessous :
Question 1

(z2iz+2i)3+(z2iz+2i)2+(z2iz+2i)+1=0\left( \dfrac{z-2i}{z+2i} \right)^3 + \left( \dfrac{z-2i}{z+2i} \right)^2 + \left( \dfrac{z-2i}{z+2i} \right) + 1 = 0

Correction
Le nombre complexe zz est solution de l'équation proposée à la condition que le complexe Z=z2iz+2iZ = \dfrac{z-2i}{z+2i} est lui même solution de l'équation suivante :
Z3+Z2+Z+1=0Z^3+Z^2+Z+1 = 0
Cette équation peut également s'écrire comme :
z2(Z+1)+(Z+1)=0z^2(Z+1) + (Z+1) = 0
Soit encore :
(Z+1)(Z2+1)=0(Z+1)(Z^2+1) = 0
Comme un produit de facteur est nul si l'un de ses facteur est lui même nul, alors :
{Z+1=0Z2+1=0{Z=1Z2=1{Z=1Z=±i\left\lbrace \begin{array}{rcl} Z+1 & = & 0 \\ Z^2 + 1 & = & 0 \\ \end{array}\right. \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} Z & = & -1 \\ Z^2 & = & -1 \\ \end{array}\right. \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} Z & = & -1 \\ Z & = & \pm \, i \\ \end{array}\right.
Donc si z2iz\neq -2i, on doit résoudre l'équation Z=aZ = a, avec a{1;±i}a \in \{ -1 \,;\, \pm i \}. On a alors :
Z=az2iz+2i=az2i=(z+2i)azaz=2ia+2iz(1a)=2i(1+a)Z=a \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, \dfrac{z-2i}{z+2i} = a \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, z-2i = (z+2i)a \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, z - az = 2ia +2i \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\,z(1-a)=2i(1+a)
Ce qui nous donne :
z=2i1+a1az = 2i \dfrac{1+a}{1-a}
Ainsi :
\bullet \,\, si a=1a=-1 alors z=2i111+1=0z=2i \dfrac{1-1}{1+1}=0 ;
\bullet \bullet \,\, si a=ia=i alors z=2i1+i1i=2i(1+i)(1+i)(1i)(1+i)=2i1+2i+i22=i(1+2i1)=i(2i)=2i2=2z=2i \dfrac{1+i}{1-i} = 2i \dfrac{(1+i)(1+i)}{(1-i)(1+i)} = 2i \dfrac{1+2i+i^2}{2} = i(1+2i-1) = i(2i) = 2i^2 = -2 ;
\bullet \bullet \bullet \,\, si a=ia=-i alors z=2i1i1+i=2i(1i)(1i)(1+i)(1i)=2i12i+i22=i(12i1)=i(2i)=2i2=2z=2i \dfrac{1-i}{1+i} = 2i \dfrac{(1-i)(1-i)}{(1+i)(1-i)} = 2i \dfrac{1-2i+i^2}{2} = i(1-2i-1) = i(-2i) = -2i^2 = 2 ;