Question Number 150058 by mathdanisur last updated on 09/Aug/21
$$\mathrm{Solve}\:\mathrm{the}\:\mathrm{equation}: \\ $$$$\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}\right)\:+\:\mathrm{i}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}\right)\:=\:\mathrm{4e}^{\mathrm{4}\boldsymbol{\mathrm{ix}}} \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 10/Aug/21
$$\mathrm{I}\:\mathrm{found}\:\mathrm{these}\:\left({n}\in\mathbb{Z}\right): \\ $$$${x}\approx{n}\pi+.\mathrm{866946376}+.\mathrm{432060893i} \\ $$$${x}\approx{n}\pi+.\mathrm{00142216354}+.\mathrm{301698277i} \\ $$$${x}\approx{n}\pi−.\mathrm{768959527}+.\mathrm{828028492i} \\ $$$${x}\approx{n}\pi−\mathrm{1}.\mathrm{26957042}+.\mathrm{336555887i} \\ $$
Commented by mathdanisur last updated on 10/Aug/21
$$\mathrm{Thank}\:\mathrm{you}\:\boldsymbol{\mathrm{S}}\mathrm{er} \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 10/Aug/21
$$\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{4}}\leqslant\mid\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \:{x}\:+\mathrm{i}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:{x}\mid\leqslant\mathrm{1} \\ $$$$\mid\mathrm{4e}^{\mathrm{4i}{x}} \mid=\mathrm{4} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{no}\:\mathrm{solution}\:\in\mathbb{R} \\ $$
Commented by mathdanisur last updated on 09/Aug/21
$$\mathrm{Thankyou}\:\boldsymbol{\mathrm{S}}\mathrm{er} \\ $$$$\mathrm{Dear}\:\boldsymbol{\mathrm{S}}\mathrm{er},\:\mathrm{no}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{in}\:\mathrm{real}\:\mathrm{numbers},\:\mathrm{but}\:\mathrm{it} \\ $$$$\mathrm{has}\:\mathrm{a}\:\mathrm{complex}\:\mathrm{number}\:\mathrm{solution} \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 10/Aug/21
$$\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \:{x}\:+\mathrm{i}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:{x}\:=\mathrm{4e}^{\mathrm{4i}{x}} \\ $$$$\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \:{x}\:+\mathrm{i}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:{x}\:=\mathrm{4cos}\:\mathrm{4}{x}\:+\mathrm{4i}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{4}{x} \\ $$$$\mathrm{let}\:{t}=\mathrm{tan}\:{x} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{{t}^{\mathrm{4}} }{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{i}=\frac{\mathrm{4}\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{16}{t}\left({t}−\mathrm{1}\right)\left({t}+\mathrm{1}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{i} \\ $$$$\mathrm{this}\:\mathrm{leads}\:\mathrm{to} \\ $$$${t}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{16}\left(\mathrm{1}−\mathrm{4i}\right)}{\mathrm{17}}{t}^{\mathrm{3}} −\frac{\mathrm{24}\left(\mathrm{4}+\mathrm{i}\right)}{\mathrm{17}}{t}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{16}\left(\mathrm{1}−\mathrm{4i}\right)}{\mathrm{17}}{t}+\frac{\mathrm{3}\left(\mathrm{4}+\mathrm{i}\right)}{\mathrm{17}}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{I}\:\mathrm{found}\:\mathrm{no}\:\mathrm{useful}\:\mathrm{exact}\:\mathrm{solution} \\ $$$${t}_{\mathrm{1}} \approx.\mathrm{799102359}+.\mathrm{790210727i} \\ $$$${t}_{\mathrm{2}} \approx.\mathrm{00130018452}+.\mathrm{292866540i} \\ $$$${t}_{\mathrm{3}} \approx−.\mathrm{363754201}+.\mathrm{918561793i} \\ $$$${t}_{\mathrm{4}} \approx−\mathrm{1}.\mathrm{37782481}+\mathrm{1}.\mathrm{76306682i} \\ $$$${t}=\mathrm{tan}\:{x}\:\Leftrightarrow\:{x}={n}\pi+\mathrm{arctan}\:{t} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{the}\:\mathrm{solutions}\:\mathrm{I}\:\mathrm{posted}\:\mathrm{above} \\ $$
Commented by mathdanisur last updated on 10/Aug/21
$$\mathrm{Thank}\:\mathrm{You}\:\boldsymbol{\mathrm{S}}\mathrm{er} \\ $$