题目
1.3 求方程 ^3+8=0 的所有根。
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题目解答
答案


解析
考查要点:本题主要考查复数方程的解法,特别是利用因式分解法和复数三角形式求解三次方程的根。
解题核心思路:
- 因式分解法:将方程 $z^3 + 8 = 0$ 转化为 $z^3 = -8$,利用立方和公式分解因式,得到线性因式和二次因式,分别求解。
- 复数三角形式:将 $-8$ 表示为复数三角形式 $8(\cos\pi + i\sin\pi)$,利用德·摩根公式求三次根。
破题关键点:
- 正确分解因式:注意立方和公式 $a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2)$ 的应用。
- 二次方程的虚根:通过求根公式处理二次因式时,需正确计算虚数部分。
- 复数根的对称性:三次方程的根在复平面上均匀分布,角度相差 $120^\circ$。
方法一:因式分解法
-
分解因式:
原方程 $z^3 + 8 = 0$ 可变形为 $z^3 = -8$。
利用立方和公式:
$z^3 + 8 = z^3 + 2^3 = (z + 2)(z^2 - 2z + 4) = 0$
因此,方程分解为 $(z + 2)(z^2 - 2z + 4) = 0$。 -
求解线性因式:
$z + 2 = 0 \implies z = -2$。 -
求解二次因式:
解方程 $z^2 - 2z + 4 = 0$,使用求根公式:
$z = \frac{2 \pm \sqrt{(-2)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 4}}{2 \cdot 1} = \frac{2 \pm \sqrt{-12}}{2} = 1 \pm i\sqrt{3}$
结论:方程的根为 $z = -2$,$z = 1 + i\sqrt{3}$,$z = 1 - i\sqrt{3}$。
方法二:复数三角形式
-
表示复数 $-8$:
$-8$ 的三角形式为 $8(\cos\pi + i\sin\pi)$。 -
求三次根:
根据德·摩根公式,三次根的模为 $\sqrt[3]{8} = 2$,角度为 $\frac{\pi + 2k\pi}{3}$($k = 0, 1, 2$)。- $k = 0$:
$z_0 = 2\left(\cos\frac{\pi}{3} + i\sin\frac{\pi}{3}\right) = 1 + i\sqrt{3}$ - $k = 1$:
$z_1 = 2\left(\cos\pi + i\sin\pi\right) = -2$ - $k = 2$:
$z_2 = 2\left(\cos\frac{5\pi}{3} + i\sin\frac{5\pi}{3}\right) = 1 - i\sqrt{3}$
- $k = 0$: