Bài tập đại số tuyến tính có lời giải pdf năm 2024
Ngày đăng:07/06/2024
Trả lời:0
Lượt xem:36
1. TˆA. P TO´AN CAO CˆA´P Tˆa.p 1 Da.i sˆo´ tuyˆe´n t´ınh v`a H`ınh ho.c gia’i t´ıch NH`A XUˆA´T BA’ N DA. I HO. C QUˆO´C GIA H`A NˆO. I H`a Nˆo.i – 2006
9. Sˆo´ ph´u.c 1.2 Da.ng da.i sˆo´ cu’a sˆo´ ph´u.c Mo.i sˆo´ ph´u.c z = (a; b) ∈ C dˆe`u c´o thˆe’ viˆe´t du.´o.i da.ng z = a + ib. (1.1) Thˆa.t vˆa.y, z = (a, b) = (a, 0) + (0, b) = (a, 0) + (0, 1)(b, 0) = a + ib Biˆe’u th´u.c (1.1) go.i l`a da.ng da.i sˆo´ cu’a sˆo´ ph´u.c z = (a, b). T`u. (1.1) v`a di.nh ngh˜ıa sˆo´ ph´u.c liˆen ho. .p ta c´o z = a − ib. Du.´o.i da.ng da.i sˆo´ c´ac ph´ep t´ınh trˆen tˆa.p ho. .p sˆo´ ph´u.c du.o. .c thu. .c hiˆe.n theo c´ac quy t˘a´c sau. Gia’ su.’ z1 = a1 + ib1, z2 = a2 + ib2. Khi d´o (I) Ph´ep cˆo.ng: z1 ± z2 = (a1 ± a2) + i(b1 ± b2). (II) Ph´ep nhˆan: z1z2 = (a1a2 − b1b2) + i(a1b2 + a2b1). (III) Ph´ep chia: z2 z1 = a1a2 + b1b2 a2 1 + b2 1 + i a1b2 − a2b1 a2 1 + b2 1 · C´AC V´I DU. V´ı du. 1. 1+ T´ınh in . T`u. d´o ch´u.ng minh r˘a`ng a) in + in+1 + in+2 + in+3 = 0; b) i · i2 · · · i99 · i100 = −1. 2+ T`ım sˆo´ nguyˆen n nˆe´u: a) (1 + i)n = (1 − i)n ; b) 1 + i √ 2 n + 1 − i √ 2 n = 0. Gia’i. 1+ Ta c´o i0 = 1, i1 = i, i2 = −1, i3 = −i, i4 = 1, i5 = i v`a gi´a tri. l˜uy th`u.a b˘a´t dˆa`u l˘a.p la.i. Ta kh´ai qu´at h´oa. Gia’ su.’ n ∈ Z v`a n = 4k + r, r ∈ Z, 0 r 3. Khi d´o in = i4k+r = i4k · ir = (i4 )k ir = ir
10. sˆo´ cu’a sˆo´ ph´u.c 9 (v`ı i4 = i). T`u. d´o, theo kˆe´t qua’ trˆen ta c´o in = 1 nˆe´u n = 4k, i nˆe´u n = 4k + 1, −1 nˆe´u n = 4k + 2, −i nˆe´u n = 4k + 3. (1.2) T`u. (1.2) dˆe˜ d`ang suy ra a) v`a b). 2+ a) T`u. hˆe. th´u.c (1 + i)n = (1 − i)n suy ra 1 + i 1 − i n = 1. Nhu.ng 1 + i 1 − i = i nˆen 1 + i 1 − i n = in = 1 ⇒ n = 4k, k ∈ Z. b) T`u. d˘a’ng th´u.c 1 + i √ 2 n + 1 − i √ 2 n = 0 suy r˘a`ng 1 + i 1 − i n = −1 v`a do d´o in = −1 ⇒ n = 4k + 2, k ∈ Z. V´ı du. 2. Ch´u.ng minh r˘a`ng nˆe´u n l`a bˆo.i cu’a 3 th`ı −1 + i √ 3 2 n + −1 − i √ 3 2 n = 2 v`a nˆe´u n khˆong chia hˆe´t cho 3 th`ı −1 + i √ 3 2 n + −1 − i √ 3 2 n = −1. Gia’i. 1+ Nˆe´u n = 3m th`ı S = −1 + i √ 3 2 3 m + −1 − i √ 3 2 3 m = −1 + 3i √ 3 + 9 − 3i √ 3 8 m + −1 − 3i √ 3 + 9 + 3i √ 3 8 m = 1m + 1m = 2.
11. Sˆo´ ph´u.c 2+ Nˆe´u n = 3m + 1 th`ı S = −1 + i √ 3 2 3 m −1 + i √ 3 2 + −1 − i √ 3 2 3 m 1 − i √ 3 2 = −1 + i √ 3 2 + −1 − i √ 3 2 = −1. Tu.o.ng tu. . nˆe´u n = 3m + 2 ta c˜ung c´o S = −1. V´ı du. 3. T´ınh biˆe’u th´u.c σ = 1 + 1 + i 2 1 + 1 + i 2 2 1 + 1 + i 2 22 · · · 1 + 1 + i 2 2n . Gia’i. Nhˆan v`a chia biˆe’u th´u.c d˜a cho v´o.i 1 − 1 + i 2 ta c´o σ = 1 − 1 + i 2 2n 2 1 − 1 + i 2 = 1 − 1 + i 2 2n+1 1 − 1 + i 2 · Ta cˆa`n t´ınh 1 + i 2 2n+1 = 1 + i 2 2 2n = i 2 2n = i2n 22n = 1 22n · Do d´o σ = 1 − 1 22n 1 − 1 + i 2 = 2 1 − 1 22n 1 − i × 1 + i 1 + i = 1 − 1 22n (1 + i) V´ı du. 4. Biˆe’u diˆe˜n sˆo´ ph´u.c √ 4 − 3i du.´o.i da.ng da.i sˆo´. Gia’i. Theo di.nh ngh˜ıa ta cˆa`n t`ım sˆo´ ph´u.c w sao cho w2 = 4 − 3i. Nˆe´u w = a + bi, a, b ∈ R th`ı 4 − 3i = (a + bi)2 = a2 − b2 + 2abi.
22. h`ınh ho.c. Mˆodun v`a acgumen 21 1. Ch´u.ng minh r˘a`ng 1) |z1 · z2| = |z1| · |z2|; 2) |z1 ± z2| |z1| + |z2|; 3) |z1 ± z2| |z1| − |z2| . 2. Xuˆa´t ph´at t`u. c´ac biˆe’u diˆe˜n h`ınh ho.c, ch´u.ng minh: 1) z |z| − 1 |argz|; 2) |z − 1| |z| − 1 + |z||argz|. 3. Ch´u.ng minh r˘a`ng nˆe´u gi´a tri. ch´ınh argz = arg(a + ib) tho’a m˜an diˆe`u kiˆe.n −π < argz π th`ı n´o du.o. .c t´ınh theo cˆong th´u.c arg(a + ib) = arctg b a nˆe´u a > 0, arctg b a + π nˆe´u a < 0, b 0, arctg b a − π nˆe´u a < 0, b < 0. 4. Ch´u.ng minh r˘a`ng nˆe´u gi´a tri. ch´ınh arg(a + ib) tho’a m˜an diˆe`u kiˆe.n 0 arg(a + ib) < 2π th`ı arg(a + ib) = arctg b a nˆe´u a > 0, b > 0, arctg b a + 2π nˆe´u a > 0, b < 0, arctg b a + π nˆe´u a < 0. Chı’ dˆa˜n. Lu.u ´y r˘a`ng gi´a tri. ch´ınh cu’a arctg b a ∈ − π 2 , π 2 . 5. Ch´u.ng minh r˘a`ng |a + b|2 + |a − b|2 = 4|a|2 nˆe´u |a| = |b|. 6. Ch´u.ng minh dˆo`ng nhˆa´t th´u.c |1 − ab|2 − |a − b|2 = (1 + |ab|)2 − (|a| + |b|)2 , a ∈ C, b ∈ C. Chı’ dˆa˜n. Su.’ du.ng hˆe. th´u.c |z|2 = zz.
23. Sˆo´ ph´u.c 7. Ch´u.ng minh dˆo`ng nhˆa´t th´u.c 1) |a + b|2 = (|a| + |b|)2 − 2 |ab| − Re(ab) . 2) |ab + 1|2 + |a − b|2 = (|a|2 + 1)(|b|2 + 1). 8. Ch´u.ng minh r˘a`ng mo.i sˆo´ ph´u.c z = −1 v`a |z| = 1 dˆe`u c´o thˆe’ biˆe’u diˆe˜n du.´o.i da.ng z = 1 + ti 1 − ti , t ∈ R. Chı’ dˆa˜n. Biˆe’u diˆe˜n t qua z v`a ch´u.ng minh t = t. 9. Ch´u.ng minh r˘a`ng nˆe´u Rea 0 th`ı |1 + a| 1 + |a| √ 2 · Chı’ dˆa˜n. C´o thˆe’ ch´u.ng minh b˘a`ng pha’n ch´u.ng. 10. Trong c´ac sˆo´ ph´u.c tho’a m˜an diˆe`u kiˆe.n |z − 25i| 15 h˜ay t`ım sˆo´ c´o acgument du.o.ng nho’ nhˆa´t. 11. T`ım acgumen cu’a c´ac sˆo´ ph´u.c sau dˆay 1) cos π 6 − i sin π 6 · (DS. − π 6 ) 2) − cos π 3 + i sin π 3 · (DS. 2π 3 ) 3) cos ϕ − i sin ϕ. (DS. −ϕ) 4) − cos ϕ − i sin ϕ. (DS. π + ϕ) 5) sin ϕ + i cos ϕ. (DS. π 2 − ϕ) 6) sin ϕ − i cos ϕ. (DS. ϕ − π 2 ) 7) − sin ϕ − i cos ϕ. (DS. − π 2 − ϕ )
24. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 23 1.4 Biˆe’u diˆe˜n sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac Mo.i sˆo´ ph´u.c z = a + ib = 0 dˆe`u biˆe’u diˆe˜n du.o. .c du.´o.i da.ng z = a + ib = r(cos ϕ + i sin ϕ) (1.7) trong d´o r = |z| = √ a2 + b2, ϕ l`a mˆo.t trong c´ac acgumen cu’a n´o. Ph´ep biˆe’u diˆe˜n d´o du.o. .c go.i l`a da. ng lu.o. .ng gi´ac cu’a sˆo´ ph´u.c z. Dˆe’ chuyˆe’n t`u. da.ng da.i sˆo´ sang da.ng lu.o. .ng gi´ac ta chı’ cˆa`n t`ım mˆodun v`a mˆo.t trong c´ac acgument cu’a n´o. V`ı mˆodun v`a acgumen cu’a tˆo’ng (hiˆe.u) hai sˆo´ ph´u.c kh´o c´o thˆe’ biˆe’u diˆe˜n qua mˆodun v`a acgumen cu’a c´ac sˆo´ ha.ng nˆen ph´ep cˆo.ng v`a ph´ep tr`u. du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac l`a khˆong kha’ thi. Ngu.o. .c la.i, ph´ep nhˆan, ph´ep chia, ph´ep nˆang lˆen l˜uy th`u.a v`a khai c˘an du.o. .c thu. .c hiˆe.n rˆa´t tiˆe.n lo. .i du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac. Gia’ su.’ z1 = r1(cos ϕ1 + i sin ϕ1), z2 = r2(cos ϕ2 + i sin ϕ2), z = r(cos ϕ + i sin ϕ). Khi d´o 1+ z1z2 = r1r2[cos(ϕ1 + ϕ2) + i sin(ϕ1 + ϕ2)] 2+ z1 z2 = r1 r2 [cos(ϕ1 − ϕ2) + i sin(ϕ1 − ϕ2)], r2 = 0. 3+ zn = rn [cos nϕ + i sin nϕ], n ∈ Z. 4+ wk = n √ r cos ϕ + 2kπ n + i sin ϕ + 2kπ n , k = 0, n − 1. T`u. 3+ suy ra [cos ϕ + i sin ϕ]n = cos nϕ + i sin nϕ. (1.8) Cˆong th´u.c (1.8) du.o. .c go.i l`a cˆong th´u.c Moivre. Ph´ep to´an nˆang sˆo´ e lˆen lu˜y th`u.a ph´u.c z = x+iy du.o. .c di.nh ngh˜ıa bo.’ i cˆong th´u.c ez = ex+iy def = ex (cos y + i sin y). (1.9) Ch˘a’ng ha.n
25. Sˆo´ ph´u.c e1+i = e(cos 1 + i sin 1), eπi/2 = cos π 2 + i sin π 2 = i, eπi = cos π + i sin π = −1. T`u. (1.9) khi z = iϕ ta thu du.o. .c cˆong th´u.c eiϕ = cos ϕ + i sin ϕ (1.10) go.i l`a cˆong th´u.c Euler. Mo.i sˆo´ ph´u.c z = 0 dˆe`u c´o thˆe’ biˆe’u diˆe˜n du.´o.i da.ng z = reiϕ , (1.11) trong d´o r = |z|, ϕ l`a mˆo.t trong c´ac acgumen cu’a n´o. Ph´ep biˆe’u diˆe˜n (1.11) du.o. .c go.i l`a da. ng m˜u cu’a sˆo´ ph´u.c. C˜ung nhu. dˆo´i v´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac ta c´o: 1/ nˆe´u z1 = r1eiϕ1 , z2 = r2eiϕ2 th`ı z1z2 = r1r2ei(ϕ1+ϕ2) , (1.12) z1/z2 = r1 r2 ei(ϕ1−ϕ2) , (1.13) 2/ nˆe´u z = reiϕ th`ı zn = rn einϕ , (1.14) n √ z = n √ rei ϕ+2kπ n , k = 0, n − 1 (1.15) C´AC V´I DU. V´ı du. 1. Biˆe’u diˆe˜n c´ac sˆo´ ph´u.c sau dˆay du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 1) −1 + i √ 3; 2) 2 + √ 3 + i. Gia’i. 1) T`ım mˆodun v`a acgumen cu’a sˆo´ ph´u.c d˜a cho: r = (−1)2 + ( √ 3)2 = 2; tg ϕ = − √ 3 .
26. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 25 T`u. d´o ho˘a.c ϕ = −π/3, ho˘a.c ϕ = − π 3 + π = 2π 3 . V`ı sˆo´ ph´u.c d˜a cho thuˆo.c g´oc phˆa`n tu. II nˆen ta cho.n ϕ = 2π 3 . T`u. d´o −1 + i √ 3 = 2 cos 2π 3 i sin 2π 3 . 2) T`ım modun v`a acgumen: |2 + √ 3 + i| = (2 + √ 3)2 + 1 = 8 + 4 √ 3 = 2 2 + √ 3. Nˆe´u ϕ = arg(2 + √ 3 + i) th`ı cos ϕ = 2 + √ 3 2 2 + √ 3 = 2 + √ 3 2 = 1 + √ 3 2 2 = 1 + cos π 6 2 = cos π 12 · T`u. d´o suy r˘a`ng 2 √ 3 + i = 2 2 + √ 3 cos π 12 + i sin π 12 V´ı du. 2. Biˆe’u diˆe˜n c´ac sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 1) 1 + cos ϕ + i sin ϕ, −π < ϕ < π. 2) 1 + cos ϕ + i sin ϕ, π < ϕ < 2π. 3) w = 1 + cos ϕ + i sin ϕ 1 + cos ϕ − i sin ϕ , 0 < ϕ < π 2 · Gia’i. 1) Ta c´o |z| = 2(1 + cos ϕ) = 2 cos ϕ 2 = 2 cos ϕ 2 v`ı −π < ϕ < π ⇒ − π 2 < ϕ 2 < π 2 ⇒ cos ϕ 2 > 0. Gia’ su.’ α = argz. Khi d´o cos α = 1 + cos ϕ 2 cos ϕ 2 = cos ϕ 2 , sin α = sin ϕ 2 cos ϕ 2 = sin ϕ 2 · ⇒ z = 2 cos ϕ 2 cos ϕ 2 + i sin ϕ 2 .
27. Sˆo´ ph´u.c 2) Trong tru.`o.ng ho. .p n`ay ta c´o r = |z| = 2(1 + cos ϕ) = 2 cos ϕ 2 = −2 cos ϕ 2 v`ı π 2 < ϕ 2 < π. Gia’ su.’ α = argz. Khi d´o cos α = 1 + cos ϕ −2 cos ϕ 2 = − cos ϕ 2 = cos ϕ 2 − π , sin α = sin ϕ −2 cos ϕ 2 = − sin ϕ 2 = sin ϕ 2 − π . T`u. d´o suy r˘a`ng 1 + cos ϕ + i sin ϕ = −2 cos ϕ 2 cos ϕ 2 − π + i sin ϕ 2 − π . 3) Tru.´o.c hˆe´t nhˆa.n x´et r˘a`ng |w| = 1 v`ı tu.’ sˆo´ v`a mˆa˜u sˆo´ cu’a n´o c´o modun b˘a`ng nhau. Ta t`ım da.ng lu.o. .ng gi´ac cu’a tu.’ sˆo´ v`a mˆa˜u sˆo´. X´et tu.’ sˆo´: z1 = 1 + cos ϕ + i sin ϕ, ϕ ∈ 0, π 2 |z1| = 2(1 + cos ϕ) , ϕ1 = argz1 = arctg sin ϕ 1 + cos ϕ = arctg tg ϕ 2 = ϕ 2 ∈ − π 2 , π 2 . Tu.o.ng tu. ., dˆo´i v´o.i mˆa˜u sˆo´ z2 = 1 + cos ϕ − i sin ϕ ta c´o |z2| = 2(1 + cos ϕ) , ϕ2 = argz2 = arctg − sin ϕ 1 + cos ϕ = arctg − tg ϕ 2 = arctg tg − ϕ 2 = − ϕ 2 ∈ − π 2 , π 2 .
28. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 27 T`u. d´o thu du.o. .c z2 = 2(1 + cos ϕ) cos − ϕ 2 + i sin − ϕ 2 v`a do vˆa.y w = 2(1 + cos ϕ) 2(1 + cos ϕ) × cos ϕ 2 + i sin ϕ 2 cos − ϕ 2 + i sin − ϕ 2 = cos ϕ + i sin ϕ. V´ı du. 3. 1) T´ınh ( √ 3 + i)126 2) T´ınh acgumen cu’a sˆo´ ph´u.c sau w = z4 − z2 nˆe´u argz = ϕ v`a |z| = 1. Gia’i. 1) Ta c´o √ 3 + i = 2 cos π 6 + i sin π 6 . T`u. d´o ´ap du.ng cˆong th´u.c Moivre ta thu du.o. .c: ( √ 3 + i)126 = 2126 cos 126π 6 + i sin 126π 6 = 2126 [cos π + i sin π] = −2126 . 2) Ta c´o w = z4 − z2 = cos 4ϕ + i sin 4ϕ − [cos 2ϕ − i sin 2ϕ] = cos 4ϕ − cos 2ϕ + i(sin 4ϕ + sin 2ϕ) = −2 sin 3ϕ sin ϕ + 2i sin 3ϕ cos ϕ = 2 sin 3ϕ[− sin ϕ + i cos ϕ]. (i) Nˆe´u sin 3ϕ > 0 (t´u.c l`a khi 2kπ 3 < ϕ < (2k + 1)π 3 , k ∈ Z) th`ı w = 2 sin 3ϕ cos π 2 + ϕ + i sin π 2 + ϕ . (ii) Nˆe´u sin 3ϕ < 0 (t´u.c l`a khi (2k − 1)π 3 < ϕ < 2kπ 3 , k ∈ Z) th`ı w = (−2 sin 3ϕ)[sin ϕ − i cos ϕ].
29. Sˆo´ ph´u.c Ta t`ım da.ng lu.o. .ng gi´ac cu’a v = sin ϕ − i cos ϕ. Hiˆe’n nhiˆen |v| = 1. Ta t´ınh argv argv = arctg − cos ϕ sin ϕ = arctg(−cotgϕ) = arctg − tg π 2 − ϕ = arctg tg ϕ − π 2 = ϕ − π 2 · Nhu. vˆa.y nˆe´u sin 3ϕ < 0 th`ı w = (−2 sin 3ϕ) cos ϕ − π 2 + i sin ϕ − π 2 . (iii) Nˆe´u sin 3ϕ = 0 ⇒ ϕ = kπ 3 ⇒ w = 0. Nhu. vˆa.y argw = π 2 + ϕ nˆe´u 2kπ 3 < ϕ < (2k + 1)π 3 , khˆong x´ac di.nh nˆe´u ϕ = kπ 3 , ϕ − π 2 nˆe´u (2k − 1)π 3 < ϕ < 2kπ 3 · V´ı du. 4. Ch´u.ng minh r˘a`ng 1) cos π 9 + cos 3π 9 + cos 5π 9 + cos 7π 9 = 1 2 . 2) cos ϕ + cos(ϕ + α) + cos(ϕ + 2α) + · · · + cos(ϕ + nα) = sin (n + 1)α 2 cos ϕ + nα 2 sin α 2 · Gia’i. 1) D˘a.t S = cos π 9 + cos 3π 9 + · · · + cos 7π 9 , T = sin π 9 + sin 3π 9 + · · · + sin 7π 9 , z = cos π 9 + i sin π 9 .
30. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 29 Khi d´o S + iT = z + z3 + z5 + z7 = z(1 − z8 ) 1 − z2 = z − z9 1 − z2 = z + 1 1 − z2 = 1 1 − z = 1 1 − cos π 9 − i sin π 9 = 1 − cos π 9 + i sin π 9 1 − cos π 9 2 + sin2 π 9 = 1 2 + sin π 9 2 1 − cos π 9 · Do d´o S = 1 2 · 2) Tu.o.ng tu. . nhu. trong 1) ta k´y hiˆe.u S = cos ϕ + cos(ϕ + α) + · · · + cos(ϕ + nα), T = sin ϕ + sin(ϕ + α) + · · · + sin(ϕ + nα), z = cos α + i sin α, c = cos ϕ + i sin ϕ. Khi d´o S + iT = c + cz + · · · + czn = c(1 − zn+1 ) 1 − z = (cos ϕ + i sin ϕ)[1 − cos(n + 1)α − i sin(n + 1)α] 1 − cos α − i sin α = (cos ϕ + i sin ϕ)2 sin (n + 1)α 2 cos (n + 1)α − π 2 + i sin (n + 1)α − π 2 2 sin α 2 cos α − π 2 + i sin α − π 2 = sin (n + 1)α 2 cos ϕ + nα 2 sin α 2 + sin (n + 1)α 2 sin ϕ + nα 2 sin α 2 i. T`u. d´o so s´anh phˆa`n thu. .c v`a phˆa`n a’o ta thu du.o. .c kˆe´t qua’. B˘a`ng phu.o.ng ph´ap tu.o.ng tu. . ta c´o thˆe’ t´ınh c´ac tˆo’ng da.ng a1 sin b1 + a2 sin b2 + · · · + an sin bn, a1 cos b1 + a2 cos b2 + · · · + an cos bn
31. Sˆo´ ph´u.c nˆe´u c´ac acgumen b1, b2, . . . , bn lˆa.p nˆen cˆa´p sˆo´ cˆo.ng c`on c´ac hˆe. sˆo´ a1, a2, . . ., an lˆa.p nˆen cˆa´p sˆo´ nhˆan. V´ı du. 5. T´ınh tˆo’ng 1) Sn = 1 + a cos ϕ + a2 cos 2ϕ + · · · + an cos nϕ; 2) Tn = a sin ϕ + a2 sin 2ϕ + · · · + an sin nϕ. Gia’i. Ta lˆa.p biˆe’u th´u.c Sn + iTn v`a thu du.o. .c Σ = Sn + iTn = 1 + a(cos ϕ + i sin ϕ) + a2 (cos 2ϕ + i sin 2ϕ) + . . . + an (cos nϕ + i sin nϕ). D˘a.t z = cos ϕ + i sin ϕ v`a ´ap du.ng cˆong th´u.c Moivre ta c´o: Σ = 1 + az + a2 z2 + · · · + an zn = an+1 zn+1 − 1 az − 1 (nhˆan tu.’ sˆo´ v`a mˆa˜u sˆo´ v´o.i a z − 1) = an+2 zn − an+1 zn+1 − a 2 + 1 a2 − a z + 1 z + 1 (do z + 1 z = 2 cos ϕ) = an+2 (cos nϕ + i sin nϕ) − an+1 [cos(n + 1)ϕ + i sin(n + 1)ϕ] a2 − 2a cos ϕ + 1 + −a cos ϕ + ai sin ϕ + 1 a2 − 2a cos ϕ + 1 = an+2 cos nϕ − an+1 cos(n + 1)ϕ − a cos ϕ + 1 a2 − 2a cos ϕ + 1 + + i an+2 sin nϕ − an+1 sin(n + 1)ϕ + a sin ϕ a2 − 2a cos ϕ + 1 · B˘a`ng c´ach so s´anh phˆa`n thu. .c v`a phˆa`n a’o ta thu du.o. .c c´ac kˆe´t qua’ cˆa`n du.o. .c t´ınh. V´ı du. 6. 1) Biˆe’u diˆe˜n tg5ϕ qua tgϕ.
32. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 31 2) Biˆe’u diˆe˜n tuyˆe´n t´ınh sin5 ϕ qua c´ac h`am sin cu’a g´oc bˆo.i cu’a ϕ. 3) Biˆe’u diˆe˜n cos4 ϕ v`a sin4 ϕ·cos3 ϕ qua h`am cosin cu’a c´ac g´oc bˆo.i. Gia’i. 1) V`ı tg5ϕ = sin 5ϕ cos 5ϕ nˆen ta cˆa`n biˆe’u diˆe˜n sin 5ϕ v`a cos 5ϕ qua sin ϕ v`a cos ϕ. Theo cˆong th´u.c Moivre ta c´o cos 5ϕ + i sin 5ϕ = (cos ϕ + i sin ϕ)5 = sin5 ϕ + 5i cos4 ϕ sin ϕ − 10 cos3 ϕ sin2 ϕ − 10i cos2 ϕ sin3 ϕ + 5 cos ϕ sin4 ϕ + i sin5 ϕ. T´ach phˆa`n thu. .c v`a phˆa`n a’o ta thu du.o. .c biˆe’u th´u.c dˆo´i v´o.i sin 5ϕ v`a cos 5ϕ v`a t`u. d´o tg5ϕ = 5 cos4 ϕ sin ϕ − 10 cos2 ϕ sin3 ϕ + sin5 ϕ cos5 ϕ − 10 cos3 ϕ sin2 ϕ + 5 cos ϕ sin4 ϕ (chia tu.’ sˆo´ v`a mˆa˜u sˆo´ cho cos5 ϕ) = 5tgϕ − 10tg3 ϕ + tg5 ϕ 1 − 10tg2 ϕ + 5tg4 ϕ · 2) D˘a.t z = cos ϕ + i sin ϕ. Khi d´o z−1 = cos ϕ − i sin ϕ v`a theo cˆong th´u.c Moivre: zk = cos kϕ + i sin kϕ, z−k = cos kϕ − i sin kϕ. Do d´o cos ϕ = z + z−1 2 , sin ϕ = z − z−1 2i zk + z−k = 2 cos kϕ, zk − z−k = 2i sin kϕ. ´Ap du.ng c´ac kˆe´t qua’ n`ay ta c´o sin5 ϕ = z − z−1 2i 5 = z5 − 5z3 + 10z − 10z−1 + 5z−3 − z−5 32i = (z5 − z−5 ) − 5(z3 − z−3 ) + 10(z − z−1 ) 32i = 2i sin 5ϕ − 10i sin 3ϕ + 20i sin ϕ 32i = sin 5ϕ − 5 sin 3ϕ + 10 sin ϕ 16 ·
33. Sˆo´ ph´u.c 3) Tu.o.ng tu. . nhu. trong phˆa`n 2) ho˘a.c gia’i theo c´ach sau dˆay 1+ cos4 ϕ = eiϕ + e−iϕ 2 4 = 1 16 e4iϕ + 4e2iϕ + 6 + 4e−2iϕ + e−4iϕ = 1 8 e4ϕi + e−4ϕi 2 + 1 2 e2ϕi + e−2ϕi 2 + 3 8 = 3 8 + 1 2 cos 2ϕ + 1 8 cos 4ϕ. 2+ sin4 ϕ cos3 ϕ = eϕi − e−ϕi 2i 4 eϕi + e−ϕi 2 3 = 1 128 e2ϕi − e−2ϕi 3 eϕi − e−ϕi = 1 128 e6ϕi − 3e2ϕi + 3e−2ϕi − e−6ϕi eϕi − e−ϕi = 1 128 e7ϕi − e5ϕi − 3e3ϕi + 3eϕi + 3e−ϕi − 3e−3ϕi − e−5ϕi + e−7ϕi = 3 64 cos ϕ − 3 64 cos 3ϕ − 1 64 cos 5ϕ − 1 64 cos 7ϕ. V´ı du. 7. 1) Gia’i c´ac phu.o.ng tr`ınh 1+ (x + 1)n − (x − 1)n = 0 2+ (x + i)n + (x − i)n = 0, n > 1. 2) Ch´u.ng minh r˘a`ng mo.i nghiˆe.m cu’a phu.o.ng tr`ınh 1 + ix 1 − ix n = 1 + ai 1 − ai , n ∈ N, a ∈ R dˆe`u l`a nghiˆe.m thu. .c kh´ac nhau. Gia’i. 1) Gia’i phu.o.ng tr`ınh 1+ Chia hai vˆe´ cu’a phu.o.ng tr`ınh cho (x − 1)n ta du.o. .c x + 1 x − 1 n = 1 ⇒ x + 1 x − 1 = n √ 1 = cos 2kπ n + i sin 2kπ n = εk, k = 0, 1, . . . , n − 1.
34. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 33 T`u. d´o suy r˘a`ng x + 1 = εk(x − 1) ⇒ x(εk − 1) = 1 + εk. Khi k = 0 ⇒ ε0 = 1. Do d´o v´o.i k = 0 phu.o.ng tr`ınh vˆo nghiˆe.m. V´o.i k = 1, n − 1 ta c´o x = εk + 1 εk − 1 = (εk + 1)(εk − 1) εk − 1)(εk − 1) = εkεk + εk − εk − 1 εkεk − εk − εk − 1 = −2i sin 2kπ n 2 − 2 cos 2kπ n = −i sin 2kπ n 1 − cos 2kπ n = icotg kπ n , k = 1, 2, . . . , n − 1. 2+ C˜ung nhu. trˆen, t`u. phu.o.ng tr`ınh d˜a cho ta c´o x + i x − i n = −1 ⇐⇒ x + i x − i = n √ −1 = cos π + 2kπ n + i sin π + 2kπ n hay l`a x + i x − i = cos (2k + 1)π n + i sin (2k + 1)π n = cos ψ + i sin ψ, ψ = (2k + 1)π n · Ta biˆe´n dˆo’i phu.o.ng tr`ınh: x + i x − i − 1 = cos ψ + i sin ψ − 1 ⇔ 2i x − i = 2i sin ψ 2 cos ψ 2 − 2 sin2 ψ 2 ⇔ 1 x − i = sin ψ 2 cos ψ 2 − 1 i sin ψ 2 = sin ψ 2 cos ψ 2 + i sin ψ 2 .
35. Sˆo´ ph´u.c T`u. d´o suy ra x − i = 1 sin ψ 2 cos ψ 2 + i sin ψ 2 = cos ψ 2 − i sin ψ 2 sin ψ 2 = cotg ψ 2 − i. Nhu. vˆa.y x − i = cotg ψ 2 − i ⇒ x = cotg ψ 2 = cotg (2k + 1)π 2n , k = 0, n − 1. 2) Ta x´et vˆe´ pha’i cu’a phu.o.ng tr`ınh d˜a cho. Ta c´o 1 + ai 1 − ai = 1 ⇒ 1 + ai 1 − ai = cos α + i sin α v`a t`u. d´o 1 + xi 1 − xi = n 1 + ai 1 − ai = cos α + 2kπ n + i sin α + 2kπ n , k = 0, n − 1. T`u. d´o nˆe´u d˘a.t ψ = α + 2kπ n th`ı x = cos ψ − 1 + i sin ψ i[cosψ + 1 + i sin ψ] = tg ψ 2 = tg α + 2kπ 2n , k = 0, n − 1. R˜o r`ang d´o l`a nh˜u.ng nghiˆe.m thu. .c kh´ac nhau. V´ı du. 8. Biˆe’u diˆe˜n c´ac sˆo´ ph´u.c sau dˆay du.´o.i da.ng m˜u: 1) z = (− √ 3 + i) cos π 12 − i sin π 12 1 − i · 2) z = √ 3 + i.
36. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 35 Gia’i. 1) D˘a.t z1 = − √ 3 + i, z2 = cos π 12 − i sin π 12 , z3 = 1 − i v`a biˆe’u diˆe˜n c´ac sˆo´ ph´u.c d´o du.´o.i da.ng m˜u. Ta c´o z1 = 2e 5π 6 i ; z2 = cos π 12 − i sin π 12 = cos − π 12 + i sin − π 12 = e− π 12 i ; z3 = √ 2e− π 4 i . T`u. d´o thu du.o. .c z = 2e 5π 6 i · e− π 12 i √ 2e− π 4 i = √ 2eiπ . 2) Tru.´o.c hˆe´t biˆe’u diˆe˜n sˆo´ ph´u.c z1 = √ 3 + i du.´o.i da.ng m˜u. Ta c´o |z1| = 2; ϕ = arg( √ 3 + i) = π 6 , do d´o √ 3 + i = 2e π 6 i . T`u. d´o thu du.o. .c wk = 4 √ 3 + i = 4 √ 2ei ( π 6 +2kπ) 4 = 4 √ 2ei (12k+1)π 24 , k = 0, 3. V´ı du. 9. T´ınh c´ac gi´a tri. 1) c˘an bˆa.c 3: w = 3 √ −2 + 2i 2) c˘an bˆa.c 4: w = 4 √ −4 3) c˘an bˆa.c 5: w = 5 √ 3 − i 8 + 8i . Gia’i. Phu.o.ng ph´ap tˆo´t nhˆa´t dˆe’ t´ınh gi´a tri. c´ac c˘an th´u.c l`a biˆe’u diˆe˜n sˆo´ ph´u.c du.´o.i dˆa´u c˘an du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac (ho˘a.c da.ng m˜u) rˆo`i ´ap du.ng c´ac cˆong th´u.c tu.o.ng ´u.ng. 1) Biˆe’u diˆe˜n z = −2 + 2i du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac. Ta c´o r = |z| = √ 8 = 2 √ 2; ϕ = arg(−2 + 2i) = 3π 4 ·
37. Sˆo´ ph´u.c Do d´o wk = 3 √ 8 cos 3π 4 + 2kπ 3 + i sin 3π 4 + 2kπ 3 , k = 0, 2. T`u. d´o w0 = √ 2 cos π 4 + i sin π 4 = 1 + i, w1 = √ 2 cos 11π 12 + i sin 11π 12 , w2 = √ 2 cos 19π 12 + i sin 19π 12 . 2) Ta c´o −4 = 4[cos π + i sin π] v`a do d´o wk = 4 √ 4 cos π + 2kπ 4 + i sin π + 2kπ 4 , k = 0, 3. T`u. d´o w0 = √ 2 cos π 4 + i sin π 4 = 1 + i, w1 = √ 2 cos 3π 4 + i sin 3π 4 = −1 + i, w2 = √ 2 cos 5π 4 + i sin 5π 4 = −1 − i, w3 = √ 2 cos 7π 4 + i sin 7π 4 = 1 − i. 3) D˘a.t z = √ 3 − i 8 + 8i · Khi d´o |z| = √ 3 + 1 √ 64 + 64 = 1 4 √ 2 . Ta t´ınh argz. Ta c´o argz = arg( √ 3 − i) − arg(8 + 8i) = − π 6 − π 4 = − 5π 12 ·
38. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 37 Do vˆa.y wk = 5 1 4 √ 2 cos − 5π 12 + 2kπ 5 + i sin − 5π 12 + 2kπ 5 = 1 √ 2 cos − π 12 + 2kπ 5 + i sin − π 12 + 2kπ 5 , k = 0, 4. V´ı du. 10. 1) T´ınh tˆo’ng mo.i c˘an bˆa.c n cu’a 1. 2) T´ınh tˆo’ng 1 + 2ε + 3ε2 + · · · + nεn−1 , trong d´o ε l`a c˘an bˆa.c n cu’a do.n vi.. 3) T´ınh tˆo’ng c´ac lu˜y th`u.a bˆa.c k cu’a mo.i c˘an bˆa.c n cu’a sˆo´ ph´u.c α. Gia’i. 1) Dˆa`u tiˆen ta viˆe´t c´ac c˘an bˆa.c n cu’a 1. Ta c´o εk = n √ 1 = cos 2kπ n + i sin 2kπ n , k = 0, n − 1. T`u. d´o ε0 = 1, ε1 = ε = cos 2π n + i sin 2π n , εk = cos 2kπ n + i sin 2kπ n = cos 2π n + i sin 2π n k = εk , k = 1, 2, . . . , n − 1. Nhu. vˆa.y mo.i nghiˆe.m cu’a c˘an bˆa.c n cu’a 1 c´o thˆe’ viˆe´t du.´o.i da.ng 1, ε, ε2 , . . ., εn−1 . Bˆay gi`o. ta t´ınh S = 1 + ε + ε2 + · · · + εn−1 = 1 − εn 1 − ε · Nˆe´u n > 1 th`ı εn = 1 v`a do d´o S = 1 − εn 1 − ε = 0.
39. Sˆo´ ph´u.c 2) Ta k´y hiˆe.u tˆo’ng cˆa`n t´ınh l`a S. Ta x´et biˆe’u th´u.c (1 − ε)S = S − εS = 1 + 2ε + 3ε2 + · · · + nεn−1 − ε − 2ε2 − · · · − (n − 1)εn−1 − nεn = 1 + ε + ε2 + · · · + εn−1 0(ε=1) −nεn = −n v`ı εn = 1. Nhu. vˆa.y (1 − ε)S = −n → S = −n 1 − ε nˆe´u ε = 1. Nˆe´u ε = 1 th`ı S = 1 + 2 + · · · + n = n(n + 1) 2 · 3) Gia’ su.’ β0 l`a mˆo.t trong c´ac gi´a tri. c˘an cu’a α. Khi d´o (v´o.i α = 0) mo.i c˘an bˆa.c n cu’a α c´o thˆe’ biˆe’u diˆe˜n du.´o.i da.ng t´ıch β0εk, k = 1, 2, . . . , n − 1, trong d´o εk = cos 2kπ n + i sin 2kπ n l`a c˘an bˆa.c n cu’a 1. T`u. d´o tˆo’ng cˆa`n t`ım S b˘a`ng S = βk 0 + (β0ε1)k + (β0ε2)k + · · · + (β0εn−1)k = βk 0 (1 + εk 1 + εk 2 + · · · + εk n−1) εk m = cos 2mπ n + i sin 2mπ n k = cos 2π n + i sin 2π n mk = βk 0 1 + εk 1 + ε2k 1 + · · · + ε (n−1)k 1 . Biˆe’u th´u.c trong dˆa´u ngo˘a.c vuˆong l`a cˆa´p sˆo´ nhˆan. Nˆe´u εk 1 = 1, t´u.c l`a k khˆong chia hˆe´t cho n th`ı S = βk 0 1 − εnk 1 1 − εk 1 = βk 0 1 − 1 1 − εk 1 = 0 (v`ı εn 1 = 1).
40. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 39 Nˆe´u εk 1 = 1 t´u.c l`a k chia hˆe´t cho n, k = nq th`ı S = βnq 0 [1 + 1 + · · · + 1] = βnq 0 n = nαq (v`ı βn 0 = α). Nhu. vˆa.y S = 0 nˆe´u k chia hˆe´t cho n; nαq nˆe´u k = nq, q ∈ Z. B`AI TˆA. P 1. Biˆe’u diˆe˜n c´ac sˆo´ ph´u.c sau dˆay du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 1) −1 + i √ 3 (DS. 2 cos 2π 3 + i sin 2π 3 ) 2) √ 3 − i (DS. 2 cos 11π 6 + i sin 11π 6 ) 3) − √ 3 − i (DS. 2 cos 7π 6 + i sin 7π 6 ) 4) √ 3 2 + i 2 (DS. cos π 6 + i sin π 6 ) 5) − √ 3 2 + 1 2 i (DS. cos 5π 6 + i sin 5π 6 ) 6) 1 2 − i √ 3 2 (DS. cos 5π 3 + i sin 5π 3 ) 7) − 1 2 − i √ 3 2 (DS. cos 4π 3 + i sin 4π 3 ) 8) 2 + √ 3 − i (DS. 2 2 + √ 3 cos 23π 12 + i sin 23π 12 ) 9) 2 − √ 3 − i (DS. 2 2 − √ 3 cos 19π 12 + i sin 19π 12 ) 2. Biˆe’u diˆe˜n c´ac sˆo´ ph´u.c sau dˆay du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 1) − cos ϕ + i sin ϕ (DS. cos(π − ϕ) + i sin(π − ϕ)) 2) − sin ϕ + i cos ϕ (DS. cos π 2 + ϕ + i sin π 2 + ϕ))
41. Sˆo´ ph´u.c 3) cos ϕ − i sin ϕ (DS. cos(−ϕ) + i sin(−ϕ)) 4) − cos ϕ − i sin ϕ (DS. cos(π + ϕ) + i sin(π + ϕ)) B˘a`ng c´ach d˘a.t α = θ + 2kπ, trong d´o 0 θ < 2π, ta c´o: 5) 1+cos α+i sin α (DS. 2 cos θ 2 cos θ 2 +i sin θ 2 v´o.i 0 θ < π; −2 cos θ 2 cos θ + 2π 2 + i sin θ + 2π 2 v´o.i π θ < 2π) 6) 1 − cos α + i sin α (DS. 2 sin θ 2 cos π − θ 2 + i sin π − θ 2 ) 7) sin α + i(1 + cos α) (DS. 2 cos θ 2 cos π − θ 2 + i sin π − θ 2 v´o.i 0 θ < π; −2 cos θ 2 cos 3π − θ 2 + i sin 3π − θ 2 v´o.i π θ < 2π) 8) − sin α + i(1 + cos α) (DS. 2 cos θ 2 cos π + θ 2 + i sin π + θ 2 v´o.i 0 θ < π; −2 cos θ 2 cos 3π + θ 2 + i sin 3π + θ 2 v´o.i π θ < 2π) 3. T´ınh: 1) cos π 6 − i sin π 6 100 (DS. − 1 2 − i √ 3 2 ) 2) 4 √ 3 + i 12 (DS. 212 ) 3) ( √ 3 + i)6 (−1 + i)8 − (1 + i)4 (DS. −3, 2) 4) (−i − √ 3)15 (1 − i)20 + (−i + √ 3)15 (1 + i)20 (DS. −64i) 5) (1 + i)100 (1 − i)96 + (1 + i)96 (DS. −2) 6) (1 + icotgϕ)5 1 − icotgϕ)5 (DS. cos(π − 10ϕ) + i sin(π − 10ϕ)) 7) (1 − i √ 3)(cos ϕ + i sin ϕ) 2(1 − i)(cos ϕ − i sin ϕ) (DS. √ 2 2 cos 6ϕ − π 12 + i sin 6ϕ − π 12 )
42. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 41 8) (1 + i √ 3)3n (1 + i)4n (DS. 2) 4. Ch´u.ng minh r˘a`ng z + 1 z = 2 cos ϕ ⇒ zn + 1 zn = 2 cos nϕ. 5. H˜ay biˆe’u diˆe˜n c´ac h`am sau dˆay qua sin ϕ v`a cos ϕ 1) sin 3ϕ (DS. 3 cos2 ϕ sin ϕ − sin3 ϕ) 2) cos 3ϕ (DS. cos3 ϕ − 3 cos ϕ sin2 ϕ) 3) sin 4ϕ (DS. 4 cos3 ϕ sin ϕ − 4 cos ϕ sin3 ϕ) 4) cos 4ϕ (DS. cos4 ϕ − 6 cos2 ϕ sin2 ϕ + sin4 ϕ) 6. H˜ay biˆe’u diˆe˜n c´ac h`am sau qua tgx 1) tg4ϕ (DS. 4tgϕ − 4tg3 ϕ 1 − 6tg2 ϕ + tg4 ϕ ) 2) tg6ϕ (DS. 6tgϕ − 20tg3 ϕ + 6tg5 ϕ 1 − 15tg2 ϕ + 15tg4 ϕ − tg6 ϕ ) 7. Ch´u.ng minh r˘a`ng 1 − C2 n + C4 n − C6 n + . . . = 2 n 2 cos nπ 4 · C1 n − C3 n + C5 n − C7 n + . . . = 2 n 2 sin nπ 4 · Chı’ dˆa˜n. T´ınh (1 + i)n b˘a`ng c´ach su.’ du.ng cˆong th´u.c Moivre v`a su.’ du.ng cˆong th´u.c nhi. th´u.c Newton rˆo`i so s´anh phˆa`n thu. .c v`a phˆa`n a’o c´ac sˆo´ thu du.o. .c. 8. Ch´u.ng minh r˘a`ng 1) cos π 5 + cos 3π 5 = 1 2 2) cos π 7 + cos 3π 7 + cos 5π 7 = 1 2 3) cos 2π 5 + cos 4π 5 = − 1 2 4) cos 2π 7 + cos 4π 7 + cos 6π 7 = − 1 2 5) cos 2π 9 + cos 4π 9 + cos 6π 9 + cos 8π 9 = − 1 2
43. Sˆo´ ph´u.c 9. Gia’i phu.o.ng tr`ınh i − x i + x n = cotgα + i cotgα − i , n ∈ N, α ∈ R. (DS. x = tg α + kπ n , k = 0, n − 1) 10. Ch´u.ng minh r˘a`ng nˆe´u A l`a sˆo´ ph´u.c c´o modun = 1 th`ı mo.i nghiˆe.m cu’a phu.o.ng tr`ınh 1 + ix 1 − ix n = A dˆe`u l`a nghiˆe.m thu. .c v`a kh´ac nhau. 11. Gia’i phu.o.ng tr`ınh xn − naxn−1 − C2 na2 xn−2 − · · · − an = 0. (DS. xk = a εk √ 2 − 1 , k = 0, n − 1) Chı’ dˆa˜n. D`ung cˆong th´u.c nhi. th´u.c Newton dˆe’ du.a phu.o.ng tr`ınh vˆe` da.ng xn = (x + a)n − xn . 12. Gia’i phu.o.ng tr`ınh x5 + x4 + x3 + x2 + x + 1 = 0. (DS. xk = cos kπ 3 + i sin kπ 3 , k = 1, 2, 3, 4, 5) 13. Gia’i phu.o.ng tr`ınh x5 + αx4 + α2 x3 + α3 x2 + α4 x + α5 = 0, α ∈ C, α = 0. (DS. xk = α cos kπ 3 + i sin kπ 3 , k = 1, 2, 3, 4, 5) Chı’ dˆa˜n. Vˆe´ tr´ai l`a tˆo’ng cˆa´p sˆo´ nhˆan v´o.i cˆong bˆo.i b˘a`ng α x . 14. Gia’ su.’ n ∈ N, n > 1, c = 0, c ∈ R. Gia’i c´ac phu.o.ng tr`ınh sau dˆay
44. sˆo´ ph´u.c du.´o.i da.ng lu.o. .ng gi´ac 43 1) (x + c)n − (x − c)n = 0 (DS. x = −ccotg kπ n , k = 1, n − 1) 2) (x + ci)n − (x − ci)n = 0 (DS. x = −cicotg kπ n , k = 1, n − 1) 3) (x + ci)n + i(x − ci)n = 0 (DS. x = −cicotg (3 + 4k)π 4n , k = 0, n − 1) 4) (x + ci)n − (cos α + i sin α)(x − ci)n = 0, α = 2kπ. (DS. x = −cicotg α + 2kπ 2n , k = 0, n − 1) 15. T´ınh Dn(x) = 1 2π 1 2 + cos x + cos 2x + · · · + cos nx . (DS. Dn(x) = 1 2π sin 2n + 1 2 x 2 sin x 2 ) 16. 1) Biˆe’u diˆe˜n cos 5x v`a sin 5x qua cos x v`a sin x. 2) T´ınh cos 2π 5 v`a sin 2π 5 . (DS. 1) cos 5x = cos5 x − 10 cos3 x sin2 x + 5 cos x sin4 x, sin 5x = 5 cos4 x sin x − 10 cos2 x sin3 x + sin5 x. 2) sin 2π 5 = 10 + 2 √ 5 4 , cos 2π 5 = √ 5 − 1 4 ) Chı’ dˆa˜n. Dˆe’ t´ınh sin 2π 5 cˆa`n su.’ du.ng biˆe’u th´u.c cu’a sin 5x.
58. h˜u.u ty’ 57 I. Gia’ su.’ da th´u.c Q(x) chı’ c´o c´ac nghiˆe.m thu. .c do.n, t´u.c l`a Q(x) = n j=1 (x − aj), ai = aj ∀ i = j. Khi d´o P(x) Q(x) = n j=1 Aj x − aj · (2.15) Dˆe’ x´ac di.nh Ak ta nhˆan hai vˆe´ cu’a (2.15) v´o.i x − ak v`a thu du.o. .c P(x) n j=1 j=k (x − aj) = Ak + A1 x − a1 + · · · + Ak−1 x − ak−1 + Ak+1 x − ak+1 + · · · + An x − an (x − ak). (2.16) Thay x = ak v`ao (2.16) ta c´o Ak = P(ak) n j=1 j=k (ak − aj) · (2.17) Nhu. vˆa.y dˆe’ t´ınh hˆe. sˆo´ Ak cu’a phˆan th´u.c Ak x − ak ta x´oa th`u.a sˆo´ (x − ak) kho’i mˆa˜u sˆo´ cu’a P(x) Q(x) v`a tiˆe´p theo l`a thay x = ak v`ao biˆe’u th´u.c c`on la.i. V`ı vˆa.y phu.o.ng ph´ap n`ay du.o. .c go.i l`a phu.o.ng ph´ap x´oa. II. Nˆe´u Q(x) c´o nghiˆe.m bˆo.i th`ı cˆong th´u.c (2.17) khˆong c`on su.’ du.ng du.o. .c. Gia’ su.’ Q(x) = gm , trong d´o ho˘a.c g = x − α ho˘a.c g l`a t´ıch c´ac th`u.a sˆo´ l`a tam th´u.c bˆa.c hai v´o.i hai biˆe.t sˆo´ ˆam. Trong tru.`o.ng ho. .p n`ay ta cˆa`n khai triˆe’n P(x) theo c´ac lu˜y th`u.a cu’a g: P(x) = a0 + a1g + a2g2 + . . .
59. D- a th´u.c v`a h`am h˜u.u ty’ trong d´o a0, a1, . . . l`a h˘a`ng sˆo´ nˆe´u g = x − α v`a l`a da th´u.c bˆa.c khˆong vu.o. .t qu´a 1 trong tru.`o.ng ho. .p th´u. hai (trong tru.`o.ng ho. .p n`ay ta cˆa`n thu. .c hiˆe.n theo quy t˘a´c ph´ep chia c´o du.). III. Dˆo´i v´o.i tru.`o.ng ho. .p tˆo’ng qu´at, ta nhˆan hai vˆe´ cu’a (2.14) v´o.i da th´u.c Q(z) v`a s˘a´p xˆe´p c´ac sˆo´ ha.ng o.’ vˆe´ pha’i d˘a’ng th´u.c thu du.o. .c th`anh da th´u.c v`a thu du.o. .c dˆo`ng nhˆa´t th´u.c gi˜u.a hai da th´u.c: mˆo.t da th´u.c l`a P(x), c`on da th´u.c kia l`a da th´u.c v´o.i hˆe. sˆo´ A, B, . . . chu.a du.o. .c x´ac di.nh. Cˆan b˘a`ng c´ac hˆe. sˆo´ cu’a c´ac lu˜y th`u.a c`ung bˆa.c ta thu du.o. .c hˆe. phu.o.ng tr`ınh tuyˆe´n t´ınh v´o.i ˆa’n l`a A, B, . . .. Gia’i hˆe. d´o, ta t`ım du.o. .c c´ac hˆe. sˆo´ A, B, . . . Phu.o.ng ph´ap n`ay go.i l`a phu.o.ng ph´ap hˆe. sˆo´ bˆa´t di.nh. Ta c´o thˆe’ x´ac di.nh hˆe. sˆo´ b˘a`ng c´ach kh´ac l`a cho biˆe´n x trong dˆo`ng nhˆa´t th´u.c nh˜u.ng tri. sˆo´ t`uy ´y (ch˘a’ng ha.n c´ac gi´a tri. d´o l`a nghiˆe.m thu. .c cu’a mˆa˜u sˆo´). C´AC V´I DU. V´ı du. 1. Khai triˆe’n c´ac phˆan th´u.c h˜u.u ty’ sau th`anh tˆo’ng c´ac phˆan th´u.c co. ba’n 1) 2x3 + 4x2 + x + 2 (x − 1)2(x2 + x + 1) , 2) x2 − 2x (x − 1)2(x2 + 1)2 · Gia’i. 1) V`ı tam th´u.c bˆa.c hai x2 +x+1 khˆong c´o nghiˆe.m thu. .c nˆen R1(x) = 2x3 + 4x2 + x + 2 (x − 1)2(x2 + x + 1) = B1 (x − 1) + B2 (x − 1)2 + Mx + N x2 + x + 1 · Quy dˆo`ng mˆa˜u sˆo´ ta c´o 2x3 + 4x2 + x + 2 (x − 1)2(x2 + x + 1) = B1(x3 − 1) + B2(x2 + x + 1) + (Mx + N)(x2 − 2x + 1) (x − 1)2(x2 + x + 1) ·
69. Ma trˆa.n. D- i.nh th´u.c hay ng˘a´n go.n ho.n A = aij m×n = aij m×n = aij m×n . Tˆa.p ho. .p mo.i (m × n)-ma trˆa.n du.o. .c k´y hiˆe.u l`a M(m × n). Nˆe´u m = n th`ı ma trˆa.n A = aij m×n du.o. .c go.i l`a ma trˆa.n vuˆong cˆa´p n (thu.`o.ng k´y hiˆe.u: A = aij n×n = aij n 1 ). Dˆo´i v´o.i ma trˆa.n vuˆong A = aij n 1 c´ac phˆa`n tu.’ aii, i = 1, n du.o. .c go.i l`a nh˜u.ng phˆa`n tu.’ du.`o.ng ch´eo. C´ac phˆa`n tu.’ n`ay lˆa.p th`anh du.`o.ng ch´eo ch´ınh cu’a ma trˆa.n vuˆong. Ma trˆa.n vuˆong m`a mo.i phˆa`n tu.’ khˆong n˘a`m trˆen du.`o.ng ch´eo ch´ınh dˆe`u b˘a`ng 0 (t´u.c l`a aij = 0 ∀ i = j) go.i l`a ma trˆa.n du.`o.ng ch´eo: A = d1 d2 ... ... dn = diag[d1 d2 . . . dn]. Nˆe´u trong ma trˆa.n du.`o.ng ch´eo A mo.i phˆa`n tu.’ d1 = d2 = · · · = dn = 1 th`ı ma trˆa.n d´o du.o. .c go.i l`a ma trˆa.n do.n vi. cˆa´p n v`a k´y hiˆe.u: En = E = 1 1 ... ... 1 . Nhu. vˆa.y En = δij n 1 , trong d´o δij = 0 nˆe´u i = j 1 nˆe´u i = j.
70. 69 Sau c`ung, (m × n)-ma trˆa.n da.ng Om×n = 0 0 . . . 0 0 0 . . . 0 ... ... ... ... 0 0 . . . 0 go.i l`a ma trˆa.n - khˆong k´ıch thu.´o.c m × n. Nˆe´u m = n th`ı k´y hiˆe.u On hay On 1 . Nhˆa. n x´et. 1) Ta nhˆa´n ma.nh: ma trˆa.n A = aij m×n khˆong pha’i l`a mˆo.t sˆo´, n´o l`a mˆo.t Ba’ng c´ac sˆo´. 2) Ma trˆa.n k´ıch thu.´o.c (1 × n) go.i l`a ma trˆa.n h`ang a1, a2, . . . , an c`on ma trˆa.n (m × 1) go.i l`a ma trˆa.n cˆo.t a1 a2 ... am 3.1.2 C´ac ph´ep to´an tuyˆe´n t´ınh trˆen ma trˆa.n Gia’ su.’ mo.i ma trˆa.n du.o. .c x´et l`a trˆen c`ung mˆo.t tru.`o.ng P (= R, C). C´ac ph´ep to´an tuyˆe´n t´ınh trˆen tˆa.p ho. .p c´ac ma trˆa.n l`a ph´ep cˆo.ng c´ac ma trˆa.n (chı’ dˆo´i v´o.i c´ac ma trˆa. n c`ung k´ıch thu.´o.c!) v`a ph´ep nhˆan ma trˆa.n v´o.i mˆo.t sˆo´ v`a ch´ung du.o. .c di.nh ngh˜ıa nh`o. c´ac ph´ep to´an trˆen c´ac phˆa`n tu.’ cu’a ch´ung. 1. Cho A = aij m×n , B = bij m×n . Ma trˆa.n C = cij m×n du.o. .c go.i l`a tˆo’ng cu’a A v`a B nˆe´u cij = aij + bij ∀ i = 1, m, ∀ j = 1, n
71. Ma trˆa.n. D- i.nh th´u.c v`a k´y hiˆe.u C = A + B [cij] = [aij + bij], i = 1, m, j = 1, n . 2. Gia’ su.’ A = aij m×n v`a λ ∈ P. Ma trˆa.n C = cij m×n du.o. .c go.i l`a t´ıch cu’a ma trˆa.n A v´o.i sˆo´ λ nˆe´u cij = λaij ∀ i = 1, m, ∀ j = 1, n v`a k´y hiˆe.u C = λA λA = λaij m×n ). Tru.`o.ng ho. .p d˘a.c biˆe.t khi λ = −1 ta viˆe´t (−1)A = −A v`a go.i −A l`a ma trˆa.n dˆo´i cu’a ma trˆa.n A. C´ac ph´ep to´an tuyˆe´n t´ınh trˆen tˆa.p ho. .p ma trˆa.n M(m × n) c´o c´ac t´ınh chˆa´t sau dˆay. Gia’ su.’ A, B, C ∈ M(m × n) v`a α, β ∈ P. Khi d´o I. A + B = B + A (luˆa.t giao ho´an). II. A + (B + C) = (A + B) + C (luˆa.t kˆe´t ho. .p). III. A + Om×n = A. IV. A + (−A) = Om×n. V. 1 · A = A. VI. α(βA) = (αβ)A - luˆa.t kˆe´t ho. .p dˆo´i v´o.i ph´ep nhˆan c´ac sˆo´. VII. α(A + B) = αA + αB - luˆa.t phˆan bˆo´ cu’a ph´ep nhˆan v´o.i mˆo.t sˆo´ dˆo´i v´o.i ph´ep cˆo.ng ma trˆa.n. VIII. (α + β)A = αA + βA - luˆa.t phˆan bˆo´ cu’a ph´ep nhˆan v´o.i ma trˆa.n dˆo´i v´o.i ph´ep cˆo.ng c´ac sˆo´. Hiˆe.u c´ac ma trˆa.n A − B c´o thˆe’ di.nh ngh˜ıa nhu. sau A − B def = A + (−B).
72. 71 3.1.3 Ph´ep nhˆan c´ac ma trˆa.n Ma trˆa.n A du.o. .c go.i l`a tu.o.ng th´ıch v´o.i ma trˆa.n B nˆe´u sˆo´ cˆo.t cu’a ma trˆa.n A b˘a`ng sˆo´ h`ang cu’a ma trˆa.n B (t`u. su. . tu.o.ng th´ıch cu’a A v´o.i B n´oi chung khˆong suy ra du.o. .c r˘a`ng ma trˆa.n B tu.o.ng th´ıch v´o.i ma trˆa.n A). Cho ma trˆa.n A = aij m×n v`a B = bij n×p . Ma trˆa.n C = cij m×p du.o. .c go.i l`a t´ıch cu’a ma trˆa.n A v´o.i ma trˆa.n B nˆe´u cij = n s=1 aisbsj. (3.1) K´y hiˆe.u C = AB v`a n´oi r˘a`ng “nhˆan bˆen pha’i ma trˆa.n A v´o.i ma trˆa.n B” hay “nhˆan bˆen tr´ai ma trˆa.n B v´o.i ma trˆa.n A”. T`u. (3.1) suy ra quy t˘a´c t`ım c´ac sˆo´ ha.ng cu’a t´ıch c´ac ma trˆa.n: phˆa`n tu.’ cij d´u.ng o.’ vi. tr´ı giao cu’a h`ang th´u. i v`a cˆo.t th´u. j cu’a ma trˆa.n C = AB b˘a`ng tˆo’ng c´ac t´ıch cu’a c´ac phˆa`n tu.’ h`ang th´u. i cu’a ma trˆa.n A nhˆan v´o.i c´ac phˆa`n tu.’ tu.o.ng ´u.ng cu’a cˆo.t th´u. j cu’a ma trˆa.n B. a11 a12 . . . a1n . . . . . . . . . . . . ai1 ai2 . . . ain . . . . . . . . . . . . am1 am2 . . . amn × b11 ... bn1 bij ... bij b1p ... bnp = c11 ... c1p . . . cij . . . cm1 ... cmp Ch´u ´y. 1) N´oi chung ph´ep nhˆan ma trˆa.n khˆong c´o t´ınh chˆa´t giao ho´an. 2) T´ıch hai ma trˆa.n kh´ac 0 c´o thˆe’ b˘a`ng ma trˆa.n khˆong. 3) V´o.i diˆe`u kiˆe.n c´ac ph´ep to´an du.o. .c viˆe´t ra c´o ngh˜ıa, ph´ep nhˆan ma trˆa.n c´o c´ac t´ınh chˆa´t sau I. (AB)C = A(BC) - luˆa.t kˆe´t ho. .p. II. α(AB) = (αA)B = A(αB), α ∈ P. III. (A + B)C = AC + BC (luˆa.t phˆan bˆo´ ph´ep nhˆan bˆen pha’i
73. Ma trˆa.n. D- i.nh th´u.c dˆo´i v´o.i ph´ep cˆo.ng ma trˆa.n). IV. C(A + B) = CA + CB (luˆa.t phˆan bˆo´ ph´ep nhˆan bˆen tr´ai dˆo´i v´o.i ph´ep cˆo.ng ma trˆa.n). 3.1.4 Ph´ep chuyˆe’n vi. ma trˆa.n Ph´ep to´an trˆen c´ac ma trˆa.n m`a trong d´o c´ac h`ang chuyˆe’n th`anh c´ac cˆo.t c`on c´ac cˆo.t chuyˆe’n th`anh c´ac h`ang du.o. .c go.i l`a ph´ep chuyˆe’n vi. ma trˆa.n. Cho ma trˆa.n A = aij m×n . Ma trˆa.n thu du.o. .c t`u. ma trˆa.n A b˘a`ng ph´ep chuyˆe’n vi. ma trˆa.n du.o. .c go.i l`a ma trˆa. n chuyˆe’n vi. dˆo´i v´o.i ma trˆa.n A v`a du.o. .c k´y hiˆe.u l`a AT . Nhu. vˆa.y: AT l`a (n × m)-ma trˆa.n. Ma trˆa.n vuˆong du.o. .c go.i l`a ma trˆa. n dˆo´i x´u.ng nˆe´u AT = A v`a du.o. .c go.i l`a ma trˆa. n pha’n x´u.ng nˆe´u AT = −A. Nhu. vˆa.y nˆe´u A = aij n 1 l`a ma trˆa.n dˆo´i x´u.ng th`ı aij = aji ∀ i, j = 1, n v`a nˆe´u A pha’n x´u.ng th`ı aij = −aji. Do d´o c´ac phˆa`n tu.’ trˆen du.`o.ng ch´eo ch´ınh cu’a ma trˆa.n pha’n x´u.ng l`a b˘a`ng 0. C´AC V´I DU. V´ı du. 1. 1) Cˆo.ng c´ac ma trˆa.n 1 2 3 4 v`a 5 6 7 8 . 2) Nhˆan ma trˆa.n A = −1 2 −1 4 0 1 v´o.i sˆo´ λ = 3. Gia’i. 1) Hai ma trˆa.n d˜a cho c´o c`ung k´ıch thu.´o.c nˆen c´o thˆe’ cˆo.ng v´o.i nhau. Theo di.nh ngh˜ıa ph´ep cˆo.ng c´ac ma trˆa.n ta c´o 1 2 3 4 + 5 6 7 8 = 1 + 5 2 + 6 3 + 7 4 + 8 = 6 8 10 12 . 2) λA = 3 · −1 2 −1 4 0 1 = −1 · 3 2 · 3 −1 · 3 4 · 3 0 · 3 1 · 3 =
75. Ma trˆa.n. D- i.nh th´u.c V´ı du. 3. T´ınh AB v`a BA nˆe´u 1) A = 3 2 1 0 1 2 , B = 1 3 3 . 2) A = 1 4 −1 2 0 1 , B = −1 0 1 3 −1 1 . Gia’i. 1) Theo quy t˘a´c nhˆan c´ac ma trˆa.n ta c´o AB = 3 2 1 0 1 2 1 3 3 = 3 · 1 + 2 · 3 + 1 · 3 0 · 1 + 1 · 3 + 2 · 3 = 12 9 . T´ıch BA khˆong tˆo`n ta.i v`ı ma trˆa.n B khˆong tu.o.ng th´ıch v´o.i ma trˆa.n A. 2) Ta c´o ma trˆa.n A tu.o.ng th´ıch v´o.i ma trˆa.n B. Do d´o AB = 1 4 −1 2 0 1 −2 0 1 3 −1 1 = 1 · (−2) + 4 · 1 + (−1)(−1) 1 · 0 + 4 · 3 + (−1) · 1 2 · (−2) + 0 · 1 + (1) · (−1) 2 · 0 + 0 · 3 + 1 · 1 = 3 11 −5 1 . Tu.o.ng tu. ., ma trˆa.n B tu.o.ng th´ıch v´o.i ma trˆa.n A v`a BA = −2 −8 2 7 4 2 1 −4 2 . V´ı du. 4. 1) Cho ma trˆa.n A = 0 1 0 0 . T`ım mo.i ma trˆa.n X giao ho´an v´o.i A (AX = XA).
76. 75 2) T`ım mo.i ma trˆa.n giao ho´an v´o.i ma trˆa.n A = 1 2 −1 −1 . 3) T´ınh t´ıch 1 1 0 0 1 1 −1 −1 . Gia’i. 1) V`ı A l`a ma trˆa.n cˆa´p 2 nˆen dˆe’ c´ac t´ıch AX v`a XA x´ac di.nh, ma trˆa.n X c˜ung pha’i l`a ma trˆa.n cˆa´p 2. Gia’ su.’ A = α β γ δ . Khi d´o AX = 0 1 0 0 α β γ δ = γ δ 0 0 , XA = α β γ δ 0 1 0 0 = 0 α 0 γ . T`u. d´o nˆe´u AX = XA ⇒ γ = 0, α = δ. Do d´o mo.i ma trˆa.n ho´an vi. v´o.i ma trˆa.n d˜a cho dˆe`u c´o da.ng X = α β 0 α . 2) Tu.o.ng tu. . nhu. trˆen, gia’ su.’ X = x y u v l`a ma trˆa.n giao ho´an
77. Ma trˆa.n. D- i.nh th´u.c v´o.i ma trˆa.n A = 1 2 −1 −1 . Khi d´o 1 2 −1 −1 x y u v = x y u v 1 2 −1 −1 ⇒ x + 2u y + 2v −x − u −y − v = x − y 2x − y u − v 2u − v ⇒ x + 2u = x − y −x − u = u − v y + 2v = 2x − y −y − v = 2u − v ⇒ x = u − 2v y = −2u ; u, v t`uy ´y. Vˆa.y ta thu du.o. .c X = u − 2v −2u u v , u, v t`uy ´y. 3) Dˆe˜ d`ang thˆa´y r˘a`ng 1 1 0 0 1 1 −1 −1 = 0 0 0 0 . T`u. v´ı du. n`ay suy ra r˘a`ng dˆo´i v´o.i c´ac ma trˆa.n nˆe´u AB = O th`ı khˆong nhˆa´t thiˆe´t A = O ho˘a.c B = O. V´ı du. 5. Ma trˆa.n S = λEn, trong d´o En l`a ma trˆa.n do.n vi. cˆa´p n v`a λ l`a mˆo.t sˆo´ du.o. .c go.i l`a ma trˆa.n vˆo hu.´o.ng. Ch´u.ng to’ r˘a`ng ma trˆa.n vˆo hu.´o.ng ho´an vi. v´o.i mo.i ma trˆa.n vuˆong c`ung cˆa´p. Gia’i. ´Ap du.ng c´ac t´ınh chˆa´t cu’a ma trˆa.n do.n vi. ta c´o SA = (λEn)A = λ(EnA) = λA; AS = A(λEn) = λ(AEn) = λA, t´u.c l`a AS = SA dˆo´i v´o.i mo.i ma trˆa.n vuˆong A cˆa´p n. Cho A l`a ma trˆa.n vuˆong, k l`a sˆo´ tu. . nhiˆen l´o.n ho.n 1. Khi d´o t´ıch k ma trˆa.n A du.o. .c go.i l`a lu˜y th`u.a bˆa.c k cu’a A v`a k´y hiˆe.u Ak . Theo