Pregunta
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9. La ecuación que expresa la forma de encontrar las raíces de \( w^{2}=1+i \) es: \( \begin{array}{ll}\text { a) } z=\sqrt[4]{2}\left[\cos \frac{\pi}{8}\left(1+8 k-i \operatorname{sen} \frac{\pi}{8}(1+8 k)\right]\right. & \text { b) } z=\sqrt{2}\left[\cos \frac{\pi}{8}\left(1+8 k+i \operatorname{sen} \frac{\pi}{8}(1+8 k)\right]\right. \\ \text { c) } z=\sqrt[4]{2}\left[\cos \frac{\pi}{8}\left(\left.1+8 k+i \operatorname{sen} \frac{\pi}{8} \right\rvert\, 1+8 k\right)\right] & \text { d) } z=\sqrt{2}\left[\cos \frac{\pi}{8}\left(1+8 k\left|-i \operatorname{sen} \frac{\pi}{8}\right| 1+8 k\right)\right]\end{array} \)

Ask by Chang Mcguire. in Mexico
Mar 20,2025

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La respuesta correcta es la opción c: \[ z=\sqrt[4]{2}\left[\cos\frac{\pi}{8}(1+8k)+i\sin\frac{\pi}{8}(1+8k)\right]. \]

Solución

Sea la ecuación \[ w^2 = 1+i. \] El primer paso es expresar el número complejo \(1+i\) en forma polar. Recordando que para un complejo \(a+bi\) se tiene \[ r = \sqrt{a^2+b^2} \quad \text{y} \quad \theta = \arctan\frac{b}{a}, \] encontramos: \[ r=\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt{2} \quad \text{y} \quad \theta=\arctan 1=\frac{\pi}{4}. \] Así, \(1+i\) se escribe como \[ 1+i=\sqrt{2}\left(\cos\frac{\pi}{4}+i\sin\frac{\pi}{4}\right). \] Para hallar las raíces cuadradas de \(1+i\), buscamos \(w\) tal que \[ w=\sqrt[2]{1+i}=(1+i)^{1/2}. \] Aplicamos la fórmula de De Moivre para raíces, que en general para obtener la raíz \(n\)-ésima se da por \[ w=\sqrt[n]{r}\left[\cos\frac{\theta+2\pi k}{n}+i\sin\frac{\theta+2\pi k}{n}\right], \quad k=0,1,\ldots,n-1. \] En nuestro caso \(n=2\), por lo que: \[ w=\sqrt[2]{\sqrt{2}}\left[\cos\frac{\frac{\pi}{4}+2\pi k}{2}+i\sin\frac{\frac{\pi}{4}+2\pi k}{2}\right]. \] Simplificamos \(\sqrt[2]{\sqrt{2}}=\sqrt[4]{2}\) y la parte angular: \[ \frac{\frac{\pi}{4}+2\pi k}{2}=\frac{\pi}{8}+\pi k. \] Por tanto, las raíces son \[ w=\sqrt[4]{2}\left[\cos\left(\frac{\pi}{8}+\pi k\right)+i\sin\left(\frac{\pi}{8}+\pi k\right)\right],\quad k=0,1. \] Podemos notar que escribir la suma \(\frac{\pi}{8}+\pi k\) es equivalente a factorizar el \( \frac{\pi}{8}\) de la siguiente manera: \[ \frac{\pi}{8}+\pi k=\frac{\pi}{8}(1+8k). \] Por ello, la expresión anterior se transforma en \[ w=\sqrt[4]{2}\left[\cos\frac{\pi}{8}(1+8k)+i\sin\frac{\pi}{8}(1+8k)\right]. \] De las opciones dadas, la opción que corresponde es la opción c: \[ z=\sqrt[4]{2}\left[\cos\frac{\pi}{8}(1+8k)+i\sin\frac{\pi}{8}(1+8k)\right]. \] Por lo tanto, la respuesta correcta es la opción c.

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Beyond the Answer

¡Vamos a vibrar con la historia detrás de las raíces complejas! Las raíces de ecuaciones complejas como \( w^2 = 1+i \) nos llevan al fascinante mundo de la teoría de números y el análisis complejo. Esta ecuación nos invita a adentrarnos en las ideas de las representaciones en el plano de Argand, donde los números complejos tienen una visualización geométrica. Aquí, se conjugan las matemáticas con las bellas artes en la forma de espirales y círculos que ilustran estas sutilezas matemáticas. Ahora, hablemos sobre cómo resolver este tipo de ecuaciones. Un error común es olvidar que cuando extraemos raíces en el plano complejo, debemos considerar que existen múltiples soluciones debido a la periodicidad de las funciones trigonométricas. Recuerda que siempre podemos usar la forma polar de los números complejos y la fórmula de De Moivre para simplificar estos cálculos. Al hacerlo, elegiremos el enfoque correcto y nos aseguraremos de no quedarnos atrapados en una sola raíz. ¡Así que a tantearse con las matemáticas!

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