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Números Complexos: Uma Introdução Detalhada com Aplicações e Demonstrações, Resumos de Matemática

Numeros complexos e propriedades

Tipologia: Resumos

2021

Compartilhado em 29/04/2021

gustavo-guerra-15
gustavo-guerra-15 🇧🇷

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Polos Olímpicos de Treinamento
Curso de Álgebra - Nível 3
Prof. Cícero Thiago / Prof. Marcelo Mendes Aula 6
umeros Complexos
Defini¸ao 1
O conjunto dos umeros complexos, representado por C, consiste de todos os pares orde-
nados (a, b) com a, b R. Definiremos que (a, b) + (c, d) = (a+c, b +d) e (a,b)·(c, d) =
(ac bd, ad +bc). Chamaremos de unidade imagin´aria o complexo i= (0,1). Usando a
opera¸ao de multiplica¸ao verificamos que i·i=i2= (0,1)·(0,1) = (0 ·01·1,0·1 + 1 ·0) =
(1,0). Vamos fazer um abuso de linguagem matem´atica e definir que (1,0) = 1, sendo
assim definiremos os umeros complexos como as express˜oes da forma z=a+bi, onde ae
bao umeros reais e i2=1, ou seja,
C=z=a+bi|a, b R, i2=1.
O umero a´e chamado de parte real de ze o umero b´e chamado de parte imagin´aria
de z. Com isso, fica f´acil perceber que se um umero complexo que tem parte imagin´aria
igual a zero ser´a um umero real.
Dois umeros complexos ao iguais se, e somente se, eles possuem a mesma parte real e a
mesma parte imagin´aria, isto ´e,
a+bi =c+di a=ceb=d.
Asoma e o produto de dois umeros complexos z=a+bi ew=c+di ao definidos assim:
z+w= (a+c) + (b+d)iez.w = (ac bd) + (ad +bc)i.
O umero complexo z=abi ser´a chamado de conjugado do n´umero complexo z=a+bi.
´
E acil perceber que z´e um umero real se, e somente se, z=z. Usaremos o conjugado do
umero complexo z=a+bi para poder representar o complexo 1
z:
1
z=1
a+bi =1
a+bi .abi
abi =abi
a2+b2=z
|z|2=a
a2+b2+b
a2+b2i.
A partir do resultado acima faremos z1
z2
=z1.1
z2
, onde z1ez2ao umeros complexos.
Vejamos abaixo algumas propriedades as quais deixaremos as provas com o leitor:
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff

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Polos Olímpicos de Treinamento

Curso de Álgebra - Nível 3

Prof. Cícero Thiago / Prof. Marcelo Mendes

Aula 6

N´umeros Complexos

Defini¸c˜ao 1 O conjunto dos n´umeros complexos, representado por C, consiste de todos os pares orde- nados (a, b) com a, b ∈ R. Definiremos que (a, b) + (c, d) = (a + c, b + d) e (a, b) · (c, d) = (ac − bd, ad + bc). Chamaremos de unidade imagin´aria o complexo i = (0, 1). Usando a opera¸c˜ao de multiplica¸c˜ao verificamos que i·i = i^2 = (0, 1)·(0, 1) = (0 · 0 − 1 · 1 , 0 · 1 + 1 · 0) = (− 1 , 0). Vamos fazer um abuso de linguagem matem´atica e definir que (− 1 , 0) = −1, sendo assim definiremos os n´umeros complexos como as express˜oes da forma z = a + bi, onde a e b s˜ao n´umeros reais e i^2 = −1, ou seja,

C =

z = a + bi| a, b ∈ R, i^2 = − 1.

O n´umero a ´e chamado de parte real de z e o n´umero b ´e chamado de parte imagin´aria de z. Com isso, fica f´acil perceber que se um n´umero complexo que tem parte imagin´aria igual a zero ser´a um n´umero real.

Dois n´umeros complexos s˜ao iguais se, e somente se, eles possuem a mesma parte real e a mesma parte imagin´aria, isto ´e,

a + bi = c + di ⇔ a = c e b = d.

A soma e o produto de dois n´umeros complexos z = a + bi e w = c + di s˜ao definidos assim:

z + w = (a + c) + (b + d)i e z.w = (ac − bd) + (ad + bc)i.

O n´umero complexo z = a−bi ser´a chamado de conjugado do n´umero complexo z = a+bi. E f´´ acil perceber que z ´e um n´umero real se, e somente se, z = z. Usaremos o conjugado do

n´umero complexo z = a + bi para poder representar o complexo

z

z

a + bi

a + bi

a − bi a − bi

a − bi a^2 + b^2

z |z|^2

a a^2 + b^2

−b a^2 + b^2

i.

A partir do resultado acima faremos

z 1 z 2

= z 1.

z 2

, onde z 1 e z 2 s˜ao n´umeros complexos.

Vejamos abaixo algumas propriedades as quais deixaremos as provas com o leitor:

Thiago

  1. z = z

  2. z + w = z + w

  3. z.w = z.w

( (^) z

w

z w

O valor absoluto, ou m´odulo de um n´umero complexo z = a + bi ´e definido por:

|z| =

a^2 + b^2 =

z.z.

Vejamos agora algumas propriedades do m´odulo de um n´umero complexo:

  1. |z| = | − z| = |z|

  2. z.z = |z|^2

  3. |z 1 .z 2 | = |z 1 |.|z 2 |

∣∣^1

z

|z|

, z 6 = 0

z 1 z 2

∣ =^

|z 1 | |z 2 |

, z 2 6 = 0

  1. |z 1 + z 2 | ≤ |z 1 | + |z 2 | Prova: Observe que |z 1 +z 2 |^2 = (z 1 + z 2 ) (z 1 + z 2 ) = (z 1 + z 2 ) (z 1 + z 2 ) = |z 1 |^2 +z 1 ·z 2 +z 1 ·z 2 +|z 2 |^2. Por outro lado, z 1 · z 2 = z 1 · z 2 = z 1 · z 2 , assim:

z 1 · z 2 + z 1 · z 2 = 2 · Re (z 1 · z 2 ) ≤ 2 |z 1 · z 2 | = 2|z 1 | · |z 2 |,

portanto, |z 1 + z 2 |^2 ≤ (|z 1 | + |z 2 |)^2. Finalmente, |z 1 + z 2 | ≤ |z 1 | + |z 2 |.

  1. |z 1 | − |z 2 | ≤ |z 1 − z 2 | ≤ |z 1 | + |z 2 |. A demonstra¸c˜ao das outras propriedades fica a cargo do leitor.

Exerc´ıcios Resolvidos

  1. Resolva a equa¸c˜ao z^3 = 18 + 26i, onde z = x + yi e x, y s˜ao n´umeros inteiros. Solu¸c˜ao: (x+yi)^3 = (x+yi)^2 (x+yi) = (x^2 −y^2 +2xyi)(x+yi) = (x^3 − 3 xy^2 )+(3x^2 y −y^3 ) = 18+26i. Usando a defini¸c˜ao de igualdade de n´umeros complexos, obtemos: { x^3 − 3 xy^2 = 18 3 x^2 y − y^3 = 26

Fazendo y = tx na igualdade 18(3x^2 y − y^3 ) = 26(x^3 − 3 xy^2 ), observamos que x 6 = 0 e y 6 = 0 implica 18(3t−t^3 ) = 26(1− 3 t^2 ). A ´ultima rela¸c˜ao ´e equivalente a (3t−1)(3t^2 − 12 t−13) = 0.

A ´unica solu¸c˜ao racional da equa¸c˜ao ´e t =

, ent˜ao,

x = 3, y = 1 e z = 3 + i.

  1. Prove a identidade

|z 1 + z 2 |^2 + |z 1 − z 2 |^2 = 2(|z 1 |^2 + |z 2 |^2 )

Thiago

com yk = mxk + b, 1 ≤ k ≤ n. Consequentemente,

∑ vk =

yk =

(mxk + b) = m

xk + nb =

uk

m + nb.

Nesse caso, n = 5, b = 3,

uk = 3 e

vk = 504. Segue que 504 = 3m + 15 ⇔ m = 163.

  1. Se( a, b e n s˜ao n´umeros inteiros e positivos, prove que existem inteiros x e y tais que a^2 + b^2

)n = x^2 + y^2. Solu¸c˜ao:

Seja z = a + bi. Ent˜ao,

a^2 + b^2

)n

|z|^2

)n = |z|^2 n^ = (|z|n)^2. Mas, zn^ = x + iy, com x e

y inteiros (pois a e b s˜ao inteiros). Portanto, (|z|n)^2 = |x + iy|^2 = x^2 + y^2.

  1. Seja f : C → C uma fun¸c˜ao tal que f (z)f (iz) = z^2 para qualquer z ∈ C. Prove que f (z) + f (−z) = 0 para qualquer z ∈ C. Solu¸c˜ao:

Substitua z por iz na igualdade f (z)f (iz) = z^2 , ent˜ao f (iz)f (−z) = −z^2. Somando as duas igualdades temos que f (iz) (f (z) + f (−z)) = 0 ent˜ao f (iz) = 0 ou f (z) + f (−z) = 0. Da igualdade f (z)f (iz) = z^2 deduzimos que f (z) = 0 se, e somente se, z = 0. Se z 6 = 0, ent˜ao f (iz) 6 = 0 e, com isso, f (z) + f (−z) = 0 e, se z = 0, ent˜ao f (z) + f (−z) = 2f (0) = 0. Portanto, f (z) + f (−z) = 0 para qualquer z ∈ C. Um exemplo de fun¸c˜ao que satisfaz

f (z)f (iz) = z^2 ´e f (z) =

  • i

z.

  1. Se x ´e um n´umero real, prove que todos os n´umeros complexos de m´odulo 1 podem ser escritos na forma x + i x − i

Solu¸c˜ao:

Para come¸car seja (a + bi)^2 = (a − bi) (a + bi)

a + bi a − bi

a^2 + b^2

a b

  • i a b

− i

, e use o fato que

a^2 + b^2 = 1. Fa¸ca z = (a + bi)^2 e

a b

= t ∈ R. Assim, |z| = | (a + bi)^2 | = a^2 + b^2 = 1 e

z =

t + i t − i

, t ∈ R.

Defini¸c˜ao 2 Todo n´umero complexo z = a + bi pode ser escrito na forma trigonom´etrica

z = r(cos θ + i · sin θ),

onde r = |z| e θ o ˆangulo (em radianos) que a reta, que liga a origem ao ponto z, forma com o eixo positivo real. O ˆangulo θ ´e chamado de argumento de z.

Thiago

θ

Im

a Re

b

r

z = a + bi = r(cos θ + i · sin θ)

O conjugado do complexo z = a + bi, tem a forma trigonom´etrica

z = r(cos(−θ) + i · sin(−θ)) = r(cos θ − i · sin θ),

com isso, 1 z

z |z|^2

r(cos θ − i · sin θ) r^2

r

(cos θ − i · sin θ).

Teorema 1 Seja n um inteiro, r e θ n´umeros reais, ent˜ao

[r(cos θ + i · sin θ)]n^ = rn^ (cos nθ + i · sin nθ).

Prova: Vamos provar que a igualdade ´e v´alida para n ∈ N e, em seguida, provemos para n ∈ Z. Para isso usaremos o princ´ıpio da indu¸c˜ao finita.

Se n = 0 ⇒ z^0 = 1 e r^0 (cos 0 + i · sin 0) = 1. Vamos admitir a validade da f´ormula para n = k − 1:

zk−^1 = rk−^1 · [cos (k − 1) θ + i · sin (k − 1) θ]

e agora provemos a validade da igualdade para n = k:

zk^ = zk−^1 · z = rk−^1 · [cos (k − 1) θ + i · sin (k − 1) θ] · r · (cos θ + i sin θ) =

rk^ (cos kθ + i · sin kθ)

Fica como exerc´ıcio provar que a igualdade ´e v´alida para n negativo. Para isso, use que

z−n^ =

zn^

, n ∈ N.

Teorema 2

Seja n um inteiro positivo e z um n´umero complexo. Existem n ra´ızes n - ´esimas de z, que s˜ao assim definidas

ωi = r n^1

cos

θ + 2kπ n

  • i · sin

θ + 2kπ n

Thiago

ent˜ao z 0 · z 5 = 4.

  1. Prove que cos

2 π 7

  • cos

4 π 7

  • cos

6 π 7

Solu¸c˜ao:

Se z = cos θ + i · sin θ e z = cos θ − i · sin θ. Ent˜ao, cos θ =

z + z 2

. Assim, seja z =

cos

2 π 7

  • i · sin

2 π 7

, ent˜ao z^7 = 1. Portanto,

z +

z

z^2 +

z^2

z^3 +

z^3

Multiplicando tudo por 2z^3 e organizando as parcelas, temos:

z^6 + z^5 + z^4 + z^3 + z^2 + z + 1 = 0

ou seja,

z^7 − 1 z − 1

  1. (OPM) As ra´ızes quintas do n´umero 1 s˜ao as solu¸c˜oes da equa¸c˜ao x^5 − 1 = 0. Uma

dessas ra´ızes ´e ǫ = cos

2 π 5

  • i · sin

2 π 5

a) Dˆe as demais solu¸c˜oes da equa¸c˜ao em fun¸c˜ao de ǫ. b) Calcule a soma dos cubos das 5 ra´ızes. c) Calcule a soma das d´ecimas potˆencias das 5 ra´ızes. d) Generalize, se poss´ıvel, os resultados anteriores para as n ra´ızes n - ´esimas de 1.

Solu¸c˜ao:

a) As solu¸c˜oes da equa¸c˜ao s˜ao: cos

2 kπ 5

  • i · sin

2 kπ 5

, k = 1, 2 , 3 , 4 , 5 e s˜ao, respectiva-

mente, iguais a ǫ, ǫ^2 , ǫ^3 , ǫ^4 e ǫ^5 = 1. b) S = ǫ^3 + ǫ^6 + ǫ^9 + ǫ^12 + ǫ^15 = ǫ^3 + ǫ + ǫ^4 + ǫ^2 + 1 = 0 pois a soma das cinco ra´ızes ´e o coeficiente de x^4 na equa¸c˜ao dada. c) ǫ^10 + ǫ^20 + ǫ^30 + ǫ^40 + ǫ^50 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 5. d) A soma das potˆencias k das n ra´ızes n - ´esimas da unidade ´e igual a 0 se k n˜ao divide n e ´e igual a n, se k divide n. Demonstra¸c˜ao: Tomando - se uma raiz primitiva z da unidade podemos escrever todas as ra´ızes n - ´esimas como potˆencias de z: z^1 , z^2 , z^3 ,... , zn. Logo as potˆencias de grau k ser˜ao: zk, z^2 k, z^3 k^ ,... , znk. Supondo que k n˜ao divide n, zk^6 = 1. Nesse caso a soma das potˆencias k das n ra´ızes ser´a dada por:

Sk =

zk^

zkn^ − 1

zk^ − 1

Thiago

Como zn^ = 1, zkn^ = 1 e Sk = 0. Se k ´e m´ultiplo de n, as potˆencias de z: zk, z^2 k, z^3 k^ ,.. ., znk^ ser˜ao todas iguais a 1. Logo a soma ser´a Sk = 1 + 1 +... + 1 = n.

  1. Seja f (x) = cos x + i · sin x. (a) Prove que f (0) = 1 e f (x)f (y) = f (x + y) para quaisquer x e y reais. (b) Suponha que a fun¸c˜ao g satisfaz g(0) = 1 e g(x)g(y) = g(x + y) para quaisquer x e y reais. Prove que essa fun¸c˜ao satisfaz: (i) g(x) 6 = 0 para todo x.

(ii) g(x − y) =

g(x) g(y)

para quaisquer x e y reais.

(iii) [g(x)]n^ = g(nx) para quaisquer x e y reais e n inteiro positivo.

(iv) g(−x) =

g(x)

(c) Dˆe exemplo de uma fun¸c˜ao g tal que g(0) = 1 e que satisfaz g(x)g(y) = g(x + y) para quaisquer x e y reais.

Solu¸c˜ao: (a) Temos que f (0) = cos 0 + i · sin 0 = 1 + 0i = 1. Al´em disso,

f (x)f (y) = (cos x + i · sin x) (cos y + i · sin y)

= cos x cos y − sin x sin y + i · (sin x cos y + cos x sin y)

= cos (x + y) + i · sin (x + y)

f (x + y)

(b) Fazendo y = −x em g(x)g(y) = g(x + y) temos que g(x)g(−x) = g(0) = 1 para todo x. Portanto, n˜ao podemos ter g(x) = 0 para algum x, assim g(x)g(−x) 6 = 0.

Como g(x)g(y) = g(x + y), dividindo ambos os lados por g(y) temos que g(x) =

g(x + y) g(y)

Fazendo x + y =, temos que x = z − y, ou seja, g(z − y) =

g(z) g(y)

, o que a prova (ii). A

identidade [g(x)]n^ = g(nx) ´e uma consequˆencia imediata de g(x)g(y) = g(x + y). Vamos usar indu¸c˜ao para provar. Veja que [g(x)]^1 = g(x) e se [g(x)]k^ = g(kx) para algum inteiro positivo k, ent˜ao

[g(x)]k+1^ = g(x) [g(x)]k^ = g(x)g(kx) = g(x + kx) = g((k + 1)x).

Isto mostra que se [g(x)]n^ = g(nx) ocorre para n = k, ent˜ao ocorre tamb´em para n = k + 1.

Al´em disso, se g(0) = 1 e

g(x) g(y)

= g(x − y), fazendo x = 0 temos que

g(y)

= g(−y).

(c) Um exemplo de fun¸c˜ao que satisfaz todas as propriedades ´e g(x) = 2y^ , pois g(0) = 2^0 = 1 e g(x)g(y) = 2x^ · 2 y^ = 2x+y^ = g(x + y).

Thiago

  1. (OCM) Sejam∣ a e z n´umeros complexos tais que |a| < 1 e az 6 = 1. Mostre que se ∣ ∣ ∣

z − a 1 − az

∣ <^ 1 ent˜ao^ |z|^ <^ 1.

  1. (OCM) Uma lista de n´umeros complexos distintos z 1 , z 2 ,... , zn ´e um ciclo de com- primento n para uma fun¸c˜ao f : C → C se z 2 = f (z 1 ), z 3 = f (z 2 ),... , zn = f (zn− 1 ) e z 1 = f (zn). Seja f (z) = z^2 + 2003 e z 1 , z 2 ,... , z 2003 um ciclo de comprimento
    1. Calcule (^2003) ∏

i=

(f (zi) + zi),

onde o s´ımbolo

indica o produto.

  1. Sejam z 1 , z 2 ∈ C n´umeros complexos tais que |z 1 +z 2 | =

3 e |z 1 | = |z 2 | = 1. Calcule |z 1 − z 2 |.

  1. (Putnam) Prove que se 11z^10 + 10iz^9 + 10iz − 11 = 0, ent˜ao |z| = 1.
  2. Seja z um n´umero complexo tal que z ∈ C − R e

1 + z + z^2 1 − z + z^2

∈ R.

Prove que |z| = 1.

  1. (Espanha) Resolva o sistema se equa¸c˜oes no conjunto dos n´umeros complexos:

|z 1 | = |z 2 | = |z 3 | = 1, z 1 + z 2 + z 3 = 1,

z 1 z 2 z 3 = 1.

  1. Ache todos os n´umeros complexos z tais que |z| = 1 e ∣∣ ∣∣^ z z

z z

  1. Ache todos os pares ordenados (a, b) de n´umeros reais tais que (a + bi)^2002 = a − bi.
  2. Prove que cos

π 11

  • cos

3 π 11

  • cos

5 π 11

  • cos

7 π 11

  • cos

9 π 11

Thiago

  1. Sejam a, b, c n´umeros reais tais que

cos a + cos b + cos c = sin a + sin b + sin c = 0.

Prove que

cos 2a + cos 2b + cos 2c = sin 2a + sin 2b + sin 2c = 0.

  1. Prove que cos

π 7

  • cos

3 π 7

  • cos

5 π 7

  1. Prove que

sin

2 π 7

  • sin

4 π 7

  • sin

8 π 7

  1. Sejam a, b, c n´umeros reais tais que

cos a + cos b + cos c = sin a + sin b + sin c = 0.

Prove que

cos (a + b + c) =

(cos 3a + cos 3b + cos 3c),

sin (a + b + c) =

(sin 3a + sin 3b + sin 3c).

  1. (Cro´acia) Determine os valores m´ınimo e m´aximo, caso existam, da express˜ao |z −

z

em que z ´e um n´umero complexo tal que |z| = 2.

  1. (OCM) Determinar todos os subconjuntos S dos n´umeros complexos que satisfazem aos seguintes requisitos:
    1. Se x, y ∈ S, ent˜ao xy ∈ S.
    2. S possui 2002 elementos.
  2. (Mandelbrot) O n´umero complexo

3 + i

3 − i

´e um n´umero inteiro.

Qual?

  1. (Mandelbrot) Se ω^1997 = 1 e ω 6 = 1, ent˜ao determine o valor de

1 1 + ω

1 + ω^2

1 + ω^1997

Thiago

Fa¸ca u = 24z + 5 e w = u^2 assim,

(u + 3) (u + 1) (u − 1) (u − 3) = 768, ( u^2 − 1

u^2 − 9

w^2 − 10 w − 759 = 0,

(w − 33) (w + 23) = 0.

Portanto, z =

e z =

23 i − 5 24

  1. Multiplicando a segunda equa¸c˜ao por i e adicionando `a primeira equa¸c˜ao, temos:

x + yi =

(3x − y) − (x + 3y) i x^2 + y^2

x + yi +

3 (x − yi) x^2 + y^2

i (x − yi) x^2 + y^2

Seja z = x + yi. Ent˜ao, 1 z

x − yi x^2 + y^2

A ´ultima equa¸c˜ao ´e equivalente a

z +

3 − i z

z =

−3 + 4i 2

3 ± (1 + 2i) 2

assim, (x, y) = (2, 1) ou (x, y) = (1, −1)

  1. Use o fato que |

z − a 1 − az

|^2 =

z − a 1 − az

z − a 1 − az

  1. Usando a lei de forma¸c˜ao da fun¸c˜ao conseguimos a seguinte rela¸c˜ao z^2 i −z^2 i− 1 = zi+1 −zi.
  2. Use que z ∈ R ⇔ z = z.
  3. Fa¸ca z^9 =

11 − 10 iz 11 z + 10i

e z = a + bi.

  1. Use que z ∈ R ⇔ z = z.
  2. Seja z = a + bi, z = a − bi, e |z| =

a^2 + b^2. Temos que z^2002 = z. Note que |z|^2002 = |z^2002 | = |z| = |z|, segue que |z|

|z|^2001 − 1

= 0. Ent˜ao |z| = 0 ou |z| = 1. Se |z| = 0 teremos apenas uma solu¸c˜ao z = 0. No caso em que |z| = 1, n´os temos z^2002 = z, que ´e equivalente a z^2003 = z ·z = |z|^2 = 1. A equa¸c˜ao z^2003 = 1 tem 2003 solu¸c˜oes distintas.

Thiago

Nos problema 18 e 20 use que se z = cos θ+i·sin θ e z = cos θ−i·sin θ. Ent˜ao, cos θ =

z + z 2

Nos problemas 19, 21 e 22 use que se z = cos θ + i · sin θ e z = cos θ − i · sin θ. Ent˜ao,

cos θ =

z + z 2

e sin θ =

z − z 2 i

  1. Fa¸ca z = a + bi. Assim, 4 = |z|^2 = a^2 + b^2.

Portanto,

|z −

z

| = |a + bi −

a + bi

| = |a + bi −

a − bi a^2 + b^2

|^2

|a + bi −

a − bi 4

|^2 = |

a +

bi|^2

9 16

a^2 +

b^2 =

4 − b^2

b^2 =

  • b^2.

Assim, o menor valor de |z −

z

|^2 ´e

que ´e obtido quando b = 0. Ent˜ao, o menor valor de

|z −

z

| ´e

. Observe que a^2 = 4 ⇔ a = ±2. Por outro lado, se a^2 + b^2 = 4, o m´aximo de

b^2 ´e 4. Ent˜ao, o m´aximo valor de |z −

z

|^2 ´e

  • 4 e ´e obtido quando b^2 = 4 ⇔ b = ±2.

Ent˜ao, o maior valor de |z −

z

| ´e

para b = ±2. Observe que nesse caso a^2 = 0 ⇔ a = 0.

  1. Fa¸ca C =

3 + i

e D =

3 − i

. ´E f´acil ver que C + D = 3 e CD = 3, ent˜ao

C^8 + D^8 =

C^4 + D^4

− 2 (CD)^4. Fa¸ca o mesmo com C^4 + D^4.

  1. Calcule

1 + ωk^

1 + ω^1997 −k^

, k = 1, 2 ,... , 998.

  1. a) A interpreta¸c˜ao geom´etrica da distˆancia no plano complexo e a desigualdade trian- gular mostram que z ´e um ponto sobre o segmento [a, b]. b) Usando os argumentos do item (a) temos: ⋆ |z| + |z − 3 | ≥ |z − z + 3| = 3, com igualdade acontecendo se, e somente se, z ´e um n´umero real e 0 ≤ z ≤ 3. ⋆ |z − 1 | + |z − 2 | ≥ |z − 1 − z + 2| = 1, com igualdade acontecendo se, e somente se, z ´e real e 1 ≤ z ≤ 2. Adicionando as desigualdades obtemos |z| + |z − 1 | + |z − 2 | + |z − 3 | = 4 se, e somente se, z ´e um n´umero real e 1 ≤ z ≤ 2.
  2. F (F (z)) =

z + i z − i

  • i z + i z − i

− i

z + i + iz + i z + i − iz − i

1 + i 1 − i

z + 1 z − 1

= i ·

z + i z − i

. Agora, ´e f´acil ver que

F (F (F (z))) = z, o que mostra que zn = zn− 3 , ∀n ≥ 3. Em particular, z 2002 = z 2002 − 667 · 3 =

Thiago

= 2^14

cos

π 14

cos

π 14

  • i · sin

π 14

= 2^14

cos

π 14

(cos π + i · sin π)

cos

π 14

Bibliografia

  1. T´opicos de Matem´atica Elementar, vol. 6. Polinˆomios. Antonio Caminha Muniz Neto SBM
  2. Complex Numbers from A to Z. Titu Andreescu e Dorin Andrica Birkhauser
  3. 101 Problems in Algebra: From the training of the USA IMO team. Titu Andreescu AMT publishing
  4. Olimp´ıadas Cearenses de Matem´atica, Ensino M´edio, 1981 - 2005 Emanuel Carneiro, Francisco Antˆonio M. de Paiva e Onofre Campos
  5. The USSR Olympiad Problem Book Selected Problems and Theorems of Elementary Mathematics D.O. Shklarsky, N.N. Chentzov e I.M. Yaglom
  6. First Steps for Math Olympians Using the American Mathematics Competitions J. Douglas Faires
  7. Problem - Solving Through Problems Loren C. Larson Springer
  8. Olimp´ıada de Matem´atica de 1977 a 1997 Quest˜oes e Solu¸c˜oes - 2o^ grau.
  9. Fundamentos de Matem´atica Elementar, vol. 6 Complexos, Polinˆomios e Equa¸c˜oes Gelson Iezzi

Thiago

  1. Mathematical Olympiad Treasures Titu Andreescu e Bogdan Enescu Birkhauser
  2. 360 Problems for Mathematical Contests Titu Andreescu e Dorin Andrica GIL
  3. The Mandelbrot Problem Book Sam Vandervelde
  4. The First Five Years Sam Vandervelde
  5. Winning Solutions Cecil Rousseau e Edward Lozansky
  6. Curso de Algebra, Vol. 1.´ Abramo Hefez IMPA
  7. Plane Trigonometry and Complex Numbers Dusan Jevtic
  8. A problem book in algebra V. A. Krechmar
  9. Matem´atica em n´ıvel IME - ITA N´umeros Complexos e Polinˆomios Caio dos Santos Guimar˜aes
  10. Precalculus Richard Rusczyk the Art of Problem Solving
  11. A Matem´atica do ensino m´edio, vol. 4 Enunciados e solu¸c˜oes dos exerc´ıcios Elon Lages Lima, Paulo C´ezar Pinto Carvalho, Eduardo Wagner e Augusto C´esar Morgado
  12. A Decade of Berkeley Math Circle The American Experience, vol. 1 Zvezdelina Stankova e Tom Rike