La résolution d'équation du second degré, à coefficients complexes, est une extension naturelle à ce qui a déjà été appris au Lycée.
On note par i le nombre complexe imaginaire pur tel que i2=−1. Ce nombre i est parfois appelé l'unité imaginaire. Résoudre, dans C, les équations qui vous sont proposées.
Question 1
z2−(4+i)z+5+5i=0
Correction
Soit Δ le discriminant associé à cette équation. On a : Δ=(−(4+i))2−4×1×(5+5i)=(4+i)2−4×(5+5i)=16+8i−1−20−20i=−5−12i=0 Donc cette équation admet deux solutions complexes distinctes. Soient z1 et z2 les deux solutions complexes de l'équation proposée. Ces deux solutions s'écrivent alors : ⎩⎨⎧z1z2==2−(−(4+i))+δ2−(−(4+i))−δ⟺⎩⎨⎧z1z2==24+i+δ24+i−δ Le terme δ est une des deux racines carrées du discriminant Δ, à savoir δ2=Δ. Soit x et y deux nombres réels, et on pose δ=x+iy. On a alors : Δ=δ2⟺−5+i(−12)=(x+iy)2⟺−5+i(−12)=x2−y2+i2xy⟺⎩⎨⎧−5−12==x2−y22xy De plus, l'égalité initiale Δ=δ2 nous donne, en module, ∣Δ∣=∣δ2∣=∣δ∣2. Ainsi on a : (−5)2+(−12)2=x2+y22=x2+y2 Soit encore : 25+144=169=13=x2+y2 On a alors les trois équations de déterminations suivantes : ⎩⎨⎧−513−12===x2−y2x2+y22xy⟺⎩⎨⎧−513−6===x2−y2x2+y2xy La somme, membres à membres, des deux premières nous conduit à : 8=2x2⟺4=x2⟺x=±2 Puis, la soustraction, membres à membres, de la deuxième moins la première nous conduit à : 18=2y2⟺9=y2⟺y=±3 La troisième équation, à savoir −6=xy nous permet de savoir que x et y sont deux nombres réels de signes opposés car −6<0. On a alors : δ=2−3iouδ=−2+3i Choisissons arbitrairement (car cela n'a strictement aucune incidence puisque les deux valeurs complexes obtenues précédemment pour δ sont opposées l'une de l'autre) δ=2−3i. On a alors : ⎩⎨⎧z1z2==24+i+2−3i24+i−(2−3i)⟺⎩⎨⎧z1z2==26−2i22+4i Finalement les deux solutions complexes, de l'équation préposée initialement, sont : z1=3−ietz2=1+2i
Question 2
z2−(5−14i)z−24−10i=0
Correction
Soit Δ le discriminant associé à cette équation. On a : Δ=(−(5−14i))2−4×1×(−24−10i)=(5−14i)2+4×(24+10i)=25−140i−196+96+40i Soit : Δ=−75−100i=0 Donc cette équation admet deux solutions complexes distinctes. Soient z1 et z2 les deux solutions complexes de l'équation proposée. Ces deux solutions s'écrivent alors : ⎩⎨⎧z1z2==2−(−(5−14i))+δ2−(−(5−14i))−δ⟺⎩⎨⎧z1z2==25−14i+δ25−14i−δ Le terme δ est une des deux racines carrées du discriminant Δ, à savoir δ2=Δ. Soit x et y deux nombres réels, et on pose δ=x+iy. On a alors : Δ=δ2⟺−75+i(−100)=(x+iy)2⟺−75+i(−100)=x2−y2+i2xy⟺⎩⎨⎧−75−100==x2−y22xy De plus, l'égalité initiale Δ=δ2 nous donne, en module, ∣Δ∣=∣δ2∣=∣δ∣2. Ainsi on a : (−75)2+(−100)2=x2+y22=x2+y2 Soit encore : 5625+10000=15625=125=x2+y2 On a alors les trois équations de déterminations suivantes : ⎩⎨⎧−75125−100===x2−y2x2+y22xy⟺⎩⎨⎧−75125−50===x2−y2x2+y2xy La somme, membres à membres, des deux premières nous conduit à : 50=2x2⟺25=x2⟺x=±5 Puis, la soustraction, membres à membres, de la deuxième moins la première nous conduit à : 200=2y2⟺100=y2⟺y=±10 La troisième équation, à savoir −50=xy nous permet de savoir que x et y sont deux nombres réels de signes opposés car −50<0. On a alors : δ=5−10iouδ=−5+10i Choisissons arbitrairement (car cela n'a strictement aucune incidence puisque les deux valeurs complexes obtenues précédemment pour δ sont opposées l'une de l'autre) δ=5−10i. On a alors : ⎩⎨⎧z1z2==25−14i+5−10i25−14i−(5−10i)⟺⎩⎨⎧z1z2==210−24i20−4i Finalement les deux solutions complexes, de l'équation préposée initialement, sont : z1=5−12ietz2=−2i
Question 3
−(4+2i)z2+(7−i)z+1+3i=0
Correction
Soit Δ le discriminant associé à cette équation. On a : Δ=(7−i)2−4×(−(4+2i))×(1+3i)=(7−i)2+4×(4+2i)×(1+3i)=49−14i−1+16+48i+8i−24 Soit : Δ=40+42i=0 Donc cette équation admet deux solutions complexes distinctes. Soient z1 et z2 les deux solutions complexes de l'équation proposée. Ces deux solutions s'écrivent alors : ⎩⎨⎧z1z2==−2(4+2i)−(7−i)+δ−2(4+2i)−(7−i)−δ⟺⎩⎨⎧z1z2==−2(4+2i)−7+i+δ−2(4+2i)−7+i−δ Le terme δ est une des deux racines carrées du discriminant Δ, à savoir δ2=Δ. Soit x et y deux nombres réels, et on pose δ=x+iy. On a alors : Δ=δ2⟺40+42i=(x+iy)2⟺40+42i=x2−y2+i2xy⟺⎩⎨⎧4042==x2−y22xy De plus, l'égalité initiale Δ=δ2 nous donne, en module, ∣Δ∣=∣δ2∣=∣δ∣2. Ainsi on a : 402+422=x2+y22=x2+y2 Soit encore : 1600+1764=3364=58=x2+y2 On a alors les trois équations de déterminations suivantes : ⎩⎨⎧405842===x2−y2x2+y22xy⟺⎩⎨⎧405824===x2−y2x2+y2xy La somme, membres à membres, des deux premières nous conduit à : 98=2x2⟺49=x2⟺x=±7 Puis, la soustraction, membres à membres, de la deuxième moins la première nous conduit à : 18=2y2⟺9=y2⟺y=±3 La troisième équation, à savoir 24=xy nous permet de savoir que x et y sont deux nombres réels de même signe car 24>0. On a alors : δ=7+3iouδ=−7−3i Choisissons arbitrairement (car cela n'a strictement aucune incidence puisque les deux valeurs complexes obtenues précédemment pour δ sont opposées l'une de l'autre) δ=7+3i. On a alors : ⎩⎨⎧z1z2==−2(4+2i)−7+i+7+3i−2(4+2i)−7+i−(7+3i)⟺⎩⎨⎧z1z2==−2(4+2i)0+4i−2(4+2i)−14−2i⟺⎩⎨⎧z1z2==4+2i−2i4+2i7+i Prenons maintenant l'expression conjuguée du dénominateur. On a alors : ⎩⎨⎧z1z2==4+2i−2i×14+2i7+i×1⟺⎩⎨⎧z1z2==4+2i−2i×4−2i4−2i4+2i7+i×4−2i4−2i⟺⎩⎨⎧z1z2==16+4−2i(4−2i)16+4(7+i)(4−2i) Ainsi : ⎩⎨⎧z1z2==20−8i−42028−14i+4i+2⟺⎩⎨⎧z1z2==5−1−2i2030−10i⟺⎩⎨⎧z1z2==5−1−2i23−i Finalement les deux solutions complexes, de l'équation préposée initialement, sont : z1=−51+2ietz2=23−i
Question 4
z2+(1+4i)z−5−i=0
Correction
Soit Δ le discriminant associé à cette équation. On a : Δ=(1+4i)2−4×(−5−i) Δ=1+8i−16+20+4i Soit : Δ=5+12i=0 Donc cette équation admet deux solutions complexes distinctes. Soient z1 et z2 les deux solutions complexes de l'équation proposée. Ces deux solutions s'écrivent alors : ⎩⎨⎧z1z2==2−(1+4i)+δ2−(1+4i)−δ⟺⎩⎨⎧z1z2==2−1−4i+δ2−1−4i−δ Le terme δ est une des deux racines carrées du discriminant Δ, à savoir δ2=Δ. Soit x et y deux nombres réels, et on pose δ=x+iy. On a alors : Δ=δ2⟺5+12i=(x+iy)2⟺5+12i=x2−y2+i2xy⟺⎩⎨⎧512==x2−y22xy De plus, l'égalité initiale Δ=δ2 nous donne, en module, ∣Δ∣=∣δ2∣=∣δ∣2. Ainsi on a : 52+122=x2+y22=x2+y2 Soit encore : 25+144=169=13=x2+y2 On a alors les trois équations de déterminations suivantes : ⎩⎨⎧51312===x2−y2x2+y22xy⟺⎩⎨⎧5136===x2−y2x2+y2xy La somme, membres à membres, des deux premières nous conduit à : 18=2x2⟺9=x2⟺x=±3 Puis, la soustraction, membres à membres, de la deuxième moins la première nous conduit à : 8=2y2⟺4=y2⟺y=±2 La troisième équation, à savoir 6=xy nous permet de savoir que x et y sont deux nombres réels de même signe car 6>0. On a alors : δ=3+2iouδ=−3−2i Choisissons arbitrairement (car cela n'a strictement aucune incidence puisque les deux valeurs complexes obtenues précédemment pour δ sont opposées l'une de l'autre) δ=3+2i. On a alors : ⎩⎨⎧z1z2==2−1−4i+3+2i2−1−4i−3−2i⟺⎩⎨⎧z1z2==22−2i2−4−6i⟺⎩⎨⎧z1z2==1−i−2−3i Finalement les deux solutions complexes, de l'équation préposée initialement, sont : z1=1−ietz2=−2−3i
Question 5
iz2−(−2+i)z−1−i=0
Correction
Soit Δ le discriminant associé à cette équation. On a : Δ=(−(−2+i))2−4×i×(−1−i) Δ=4−4i−1+4i+4i2 Soit : Δ=−1=0 Donc cette équation admet deux solutions complexes distinctes. Soient z1 et z2 les deux solutions complexes de l'équation proposée. Ces deux solutions s'écrivent alors : ⎩⎨⎧z1z2==2i−2+i+δ2−2+i−δ Le terme δ est une des deux racines carrées du discriminant Δ, à savoir δ2=Δ. Ici, on constate rapidement que : δ=iouδ=−i Choisissons arbitrairement (car cela n'a strictement aucune incidence puisque les deux valeurs complexes obtenues précédemment pour δ sont opposées l'une de l'autre) δ=i. On a alors : Il en résulte donc que : ⎩⎨⎧z1z2==2i−2+i+i2i−2+i−i ⎩⎨⎧z1z2==2i−2+2i2i−2 ⎩⎨⎧z1z2==i−1+ii−1 ⎩⎨⎧z1z2==i×i(−1+i)×ii×i−1×i ⎩⎨⎧z1z2==1+ii Finalement les deux solutions complexes, de l'équation préposée initialement, sont : z1=1+ietz2=i