Question Number 109090 by ajfour last updated on 21/Aug/20
$${Find}\:{all}\:{those}\:{roots}\:{of}\:{the}\:{equation} \\ $$$$\:\boldsymbol{{z}}^{\mathrm{12}} −\mathrm{56}\boldsymbol{{z}}^{\mathrm{6}} −\mathrm{512}=\mathrm{0}\:\:{whose}\:{imaginary} \\ $$$${part}\:{is}\:{positive}. \\ $$
Answered by floor(10²Eta[1]) last updated on 21/Aug/20
$$\mathrm{z}^{\mathrm{6}} =\mathrm{y} \\ $$$$\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{56y}−\mathrm{512}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{y}=\frac{\mathrm{56}\pm\mathrm{72}}{\mathrm{2}}=\mathrm{28}\pm\mathrm{36}\Rightarrow\mathrm{y}=−\mathrm{8}\vee\mathrm{y}=\mathrm{64} \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right):\mathrm{z}^{\mathrm{6}} =−\mathrm{8}=\mathrm{8}\left(\mathrm{cos}\pi+\mathrm{i}.\mathrm{sin}\pi\right) \\ $$$$\mathrm{z}=\rho\left(\mathrm{cos}\theta+\mathrm{i}.\mathrm{sin}\theta\right)\Rightarrow\mathrm{z}^{\mathrm{6}} =\rho^{\mathrm{6}} \left(\mathrm{cos}\left(\mathrm{6}\theta\right)+\mathrm{i}.\mathrm{sin}\left(\mathrm{6}\theta\right)\right)=\mathrm{8}\left(\mathrm{cos}\pi+\mathrm{i}.\mathrm{sin}\pi\right) \\ $$$$\Rightarrow\rho=\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{cos}\left(\mathrm{6}\theta\right)=\mathrm{cos}\pi\therefore\mathrm{6}\theta=\pi+\mathrm{2k}\pi\Rightarrow\theta_{\mathrm{k}} =\frac{\pi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{6}},\:\mathrm{0}\leqslant\mathrm{k}<\mathrm{6} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{sin}\left(\mathrm{6}\theta\right)=\mathrm{sin}\pi\therefore\theta_{\mathrm{k}} =\frac{\pi+\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{6}},\:\mathrm{0}\leqslant\mathrm{k}<\mathrm{6} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{z}_{\mathrm{k}} =\sqrt{\mathrm{2}}\left(\mathrm{cos}\theta_{\mathrm{k}} +\mathrm{i}.\mathrm{sin}\theta_{\mathrm{k}} \right) \\ $$$$\mathrm{z}_{\mathrm{0}} =\frac{\sqrt{\mathrm{6}}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{1}} =\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{2}} =\frac{−\sqrt{\mathrm{6}}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{z}_{\mathrm{3}} =\frac{−\sqrt{\mathrm{6}}−\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{4}} =−\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{5}} =\frac{\sqrt{\mathrm{6}}−\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right):\mathrm{z}^{\mathrm{6}} =\mathrm{64}=\mathrm{64}\left(\mathrm{cos}\left(\mathrm{2}\pi\right)+\mathrm{i}.\mathrm{sin}\left(\mathrm{2}\pi\right)\right) \\ $$$$\theta_{\mathrm{k}} =\frac{\mathrm{2k}\pi}{\mathrm{6}},\:\mathrm{0}\leqslant\mathrm{k}<\mathrm{6} \\ $$$$\mathrm{z}_{\mathrm{k}} =\mathrm{2}\left(\mathrm{cos}\theta_{\mathrm{k}} +\mathrm{i}.\mathrm{sin}\theta_{\mathrm{k}} \right) \\ $$$$\mathrm{z}_{\mathrm{0}} =\mathrm{2}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{1}} =\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{2}} =−\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{z}_{\mathrm{3}} =−\mathrm{2}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{4}} =−\mathrm{1}−\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}}\wedge\mathrm{z}_{\mathrm{5}} =\mathrm{1}−\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{so}\:\mathrm{the}\:\mathrm{roots}\:\mathrm{that}\:\mathrm{have}\:\mathrm{the}\:\mathrm{im}.\:\mathrm{positive}\:\mathrm{are}: \\ $$$$\frac{\sqrt{\mathrm{6}}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}},\:\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}},\:\frac{−\mathrm{6}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}},\:\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}},\:−\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}} \\ $$
Commented by ajfour last updated on 21/Aug/20
$$\frac{\sqrt{\mathrm{6}}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}},\:\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}},\:\frac{−\sqrt{\mathrm{6}}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}},\:\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}},\:−\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}} \\ $$$${Yes}\:{Sir},\:\:{thanks}\:{plentifully}! \\ $$