x^5=-1 (уравнение)

Найду корень уравнения: x^5=-1

Вы ввели

 5     
x  = -1

$$x^{5} = -1$$

Подробное решение

Дано уравнение
$$x^{5} = -1$$
Т.к. степень в ур-нии равна = 5 - не содержит чётного числа в числителе, то
ур-ние будет иметь один действительный корень.
Извлечём корень 5-й степени из обеих частей ур-ния:
Получим:
$$\sqrt[5]{\left(1 x + 0\right)^{5}} = \sqrt[5]{-1}$$
или
$$x = \sqrt[5]{-1}$$
Раскрываем скобочки в правой части ур-ния

x = -1^1/5

Получим ответ: x = (-1)^(1/5)

Остальные 4 корня(ей) являются комплексными.
сделаем замену:
$$z = x$$
тогда ур-ние будет таким:
$$z^{5} = -1$$
Любое комплексное число можно представить так:
$$z = r e^{i p}$$
подставляем в уравнение
$$r^{5} e^{5 i p} = -1$$
где
$$r = 1$$
- модуль комплексного числа
Подставляем r:
$$e^{5 i p} = -1$$
Используя формулу Эйлера, найдём корни для p
$$i \sin{\left(5 p \right)} + \cos{\left(5 p \right)} = -1$$
значит
$$\cos{\left(5 p \right)} = -1$$
и
$$\sin{\left(5 p \right)} = 0$$
тогда
$$p = \frac{2 \pi N}{5} + \frac{\pi}{5}$$
где N=0,1,2,3,...
Перебирая значения N и подставив p в формулу для z
Значит, решением будет для z:
$$z_{1} = -1$$
$$z_{2} = \frac{1}{4} + \frac{\sqrt{5}}{4} + i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}$$
$$z_{3} = - \frac{\sqrt{5}}{4} + \frac{1}{4} - \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2} - \frac{i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2}$$
$$z_{4} = \frac{1}{4} + \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} - \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4}$$
$$z_{5} = - \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + \frac{1}{4} - \frac{i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4}$$
делаем обратную замену
$$z = x$$
$$x = z$$

Тогда, окончательный ответ:
$$x_{1} = -1$$
$$x_{2} = \frac{1}{4} + \frac{\sqrt{5}}{4} + i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}$$
$$x_{3} = - \frac{\sqrt{5}}{4} + \frac{1}{4} - \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2} - \frac{i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2}$$
$$x_{4} = \frac{1}{4} + \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} - \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4}$$
$$x_{5} = - \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + \frac{1}{4} - \frac{i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} i \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4}$$

Быстрый ответ

x1 = -1

$$x_{1} = -1$$

                   /       ___________              ___________\
                   |      /       ___              /       ___ |
                   |     /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |
           ___     |    /   - - -----    \/ 5 *  /   - - ----- |
     1   \/ 5      |  \/    8     8            \/    8     8   |
x2 = - - ----- + I*|- ---------------- - ----------------------|
     4     4       \         2                     2           /

$$x_{2} = - \frac{\sqrt{5}}{4} + \frac{1}{4} + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2}\right)$$

           /       ___________        ___________              ___________              ___________\                                    
           |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |                                    
           |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |        ___________      ___________
           |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - + -----    \/ 5 *  /   - - ----- |       /       ___      /       ___ 
     1     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |      /  5   \/ 5      /  5   \/ 5  
x3 = - + I*|- ---------------- - ---------------- - ---------------------- + ----------------------| +   /   - - ----- *  /   - + ----- 
     4     \         4                  4                     4                        4           /   \/    8     8    \/    8     8   

$$x_{3} = \frac{1}{4} + \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4}\right)$$

           /       ___________        ___________              ___________              ___________\                                    
           |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |                                    
           |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |        ___________      ___________
           |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - - -----    \/ 5 *  /   - + ----- |       /       ___      /       ___ 
     1     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |      /  5   \/ 5      /  5   \/ 5  
x4 = - + I*|- ---------------- + ---------------- + ---------------------- + ----------------------| -   /   - - ----- *  /   - + ----- 
     4     \         4                  4                     4                        4           /   \/    8     8    \/    8     8   

$$x_{4} = - \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + \frac{1}{4} + i \left(- \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4}\right)$$

                        ___________
           ___         /       ___ 
     1   \/ 5         /  5   \/ 5  
x5 = - + ----- + I*  /   - - ----- 
     4     4       \/    8     8   

$$x_{5} = \frac{1}{4} + \frac{\sqrt{5}}{4} + i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}$$

Сумма и произведение корней

сумма

                      /       ___________              ___________\         /       ___________        ___________              ___________              ___________\                                             /       ___________        ___________              ___________              ___________\                                                                     
                      |      /       ___              /       ___ |         |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |                                             |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |                                                                     
                      |     /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |         |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |        ___________      ___________         |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |        ___________      ___________                      ___________
              ___     |    /   - - -----    \/ 5 *  /   - - ----- |         |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - + -----    \/ 5 *  /   - - ----- |       /       ___      /       ___          |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - - -----    \/ 5 *  /   - + ----- |       /       ___      /       ___          ___         /       ___ 
        1   \/ 5      |  \/    8     8            \/    8     8   |   1     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |      /  5   \/ 5      /  5   \/ 5     1     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |      /  5   \/ 5      /  5   \/ 5     1   \/ 5         /  5   \/ 5  
0 - 1 + - - ----- + I*|- ---------------- - ----------------------| + - + I*|- ---------------- - ---------------- - ---------------------- + ----------------------| +   /   - - ----- *  /   - + -----  + - + I*|- ---------------- + ---------------- + ---------------------- + ----------------------| -   /   - - ----- *  /   - + -----  + - + ----- + I*  /   - - ----- 
        4     4       \         2                     2           /   4     \         4                  4                     4                        4           /   \/    8     8    \/    8     8      4     \         4                  4                     4                        4           /   \/    8     8    \/    8     8      4     4       \/    8     8   

$$\left(\left(\left(\left(-1 + 0\right) + \left(- \frac{\sqrt{5}}{4} + \frac{1}{4} + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2}\right)\right)\right) + \left(\frac{1}{4} + \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4}\right)\right)\right) + \left(- \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + \frac{1}{4} + i \left(- \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4}\right)\right)\right) + \left(\frac{1}{4} + \frac{\sqrt{5}}{4} + i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}\right)$$

=

                       /       ___________              ___________\     /       ___________        ___________              ___________              ___________\     /       ___________        ___________              ___________              ___________\
                       |      /       ___              /       ___ |     |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |     |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |
       ___________     |     /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |     |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |     |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |
      /       ___      |    /   - - -----    \/ 5 *  /   - - ----- |     |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - + -----    \/ 5 *  /   - - ----- |     |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - - -----    \/ 5 *  /   - + ----- |
     /  5   \/ 5       |  \/    8     8            \/    8     8   |     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |
I*  /   - - -----  + I*|- ---------------- - ----------------------| + I*|- ---------------- - ---------------- - ---------------------- + ----------------------| + I*|- ---------------- + ---------------- + ---------------------- + ----------------------|
  \/    8     8        \         2                     2           /     \         4                  4                     4                        4           /     \         4                  4                     4                        4           /

$$i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2}\right) + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4}\right) + i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} + i \left(- \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4}\right)$$

произведение

     /              /       ___________              ___________\\ /      /       ___________        ___________              ___________              ___________\                                    \ /      /       ___________        ___________              ___________              ___________\                                    \                                 
     |              |      /       ___              /       ___ || |      |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |                                    | |      |      /       ___        /       ___              /       ___              /       ___ |                                    |                                 
     |              |     /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  || |      |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |        ___________      ___________| |      |     /  5   \/ 5        /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5       ___    /  5   \/ 5  |        ___________      ___________| /                   ___________\
     |      ___     |    /   - - -----    \/ 5 *  /   - - ----- || |      |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - + -----    \/ 5 *  /   - - ----- |       /       ___      /       ___ | |      |    /   - - -----      /   - + -----    \/ 5 *  /   - - -----    \/ 5 *  /   - + ----- |       /       ___      /       ___ | |      ___         /       ___ |
     |1   \/ 5      |  \/    8     8            \/    8     8   || |1     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |      /  5   \/ 5      /  5   \/ 5  | |1     |  \/    8     8      \/    8     8            \/    8     8            \/    8     8   |      /  5   \/ 5      /  5   \/ 5  | |1   \/ 5         /  5   \/ 5  |
1*-1*|- - ----- + I*|- ---------------- - ----------------------||*|- + I*|- ---------------- - ---------------- - ---------------------- + ----------------------| +   /   - - ----- *  /   - + ----- |*|- + I*|- ---------------- + ---------------- + ---------------------- + ----------------------| -   /   - - ----- *  /   - + ----- |*|- + ----- + I*  /   - - ----- |
     \4     4       \         2                     2           // \4     \         4                  4                     4                        4           /   \/    8     8    \/    8     8   / \4     \         4                  4                     4                        4           /   \/    8     8    \/    8     8   / \4     4       \/    8     8   /

$$1 \left(-1\right) \left(- \frac{\sqrt{5}}{4} + \frac{1}{4} + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{2}\right)\right) \left(\frac{1}{4} + \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + i \left(- \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} - \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4}\right)\right) \left(- \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}} + \frac{1}{4} + i \left(- \frac{\sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}}{4} + \frac{\sqrt{5} \sqrt{\frac{\sqrt{5}}{8} + \frac{5}{8}}}{4}\right)\right) \left(\frac{1}{4} + \frac{\sqrt{5}}{4} + i \sqrt{\frac{5}{8} - \frac{\sqrt{5}}{8}}\right)$$

=

          _______________        _______________          ______________
         /           ___        /           ___          /          ___ 
     I*\/  50 + 10*\/ 5     I*\/  50 - 10*\/ 5     5*I*\/  10 - 2*\/ 5  
-1 - -------------------- + -------------------- + ---------------------
              32                     64                      64         

$$-1 - \frac{i \sqrt{10 \sqrt{5} + 50}}{32} + \frac{i \sqrt{50 - 10 \sqrt{5}}}{64} + \frac{5 i \sqrt{10 - 2 \sqrt{5}}}{64}$$

Численный ответ

x1 = -0.309016994374947 + 0.951056516295154*i

x2 = 0.809016994374947 + 0.587785252292473*i

x3 = -0.309016994374947 - 0.951056516295154*i

x4 = 0.809016994374947 - 0.587785252292473*i

x5 = -1.0

График