Exercice 06-03
Trouver la partie réelle, la partie imaginaire, le module et l'argument de tous
les nombres complexes \(z\) solutions de l'équation
\[
z^{2}=(1+\sqrt{3}\,e^{\mathsf{i}\frac{\pi}{2}})^{8}.
\]
Pour commencer.
On pourra expliciter le membre de droite en l'écrivant sous forme polaire.
Comme \(e^{\mathsf{i}\frac{\pi}{2}}=\mathsf{i}\), on a
\[
1+\sqrt{3}e^{\mathsf{i}\frac{\pi}{2}}=1+\mathsf{i}\sqrt{3}\,,
\]
qu'on récrit sous forme polaire:
\[
1+\mathsf{i}\sqrt{3}=2e^{\mathsf{i}\frac{\pi}{3}}\,.
\]
Ainsi l'équation devient
\[
z^{2}=(2e^{\mathsf{i}\frac{\pi}{3}})^{8}=2^{8}e^{\mathsf{i}\frac{8\pi}{3}}=
2^{8}e^{\mathsf{i}\frac{2\pi}{3}}\,.
\]
Les solutions sont donc
\[\begin{aligned}
z_{1} & =
2^{4}\,e^{i\tfrac{\pi}{3}}=16(\tfrac{1}{2}+\mathsf{i}\tfrac{\sqrt{3}}{2}) =
8+\mathsf{i}\,8\sqrt{3}\,,\\
z_{2} & = 2^{4}\,e^{\mathsf{i}\tfrac{4\pi}{3}}
= 16(-\tfrac{1}{2}-\mathsf{i}\tfrac{\sqrt{3}}{2}
) =-8-\mathsf{i} 8\sqrt{3}\,.
\end{aligned}\]
Les quantités recherchées sont alors
\[\begin{aligned}
\operatorname{Re}(z_1)&= 8, & \operatorname{Im}(z_1)&= 8\sqrt{3}, & |z_1|&=16, &
\mathrm{Arg }(z_1)&=\tfrac{\pi}{3}\,, \\
\operatorname{Re}(z_2)&= -8, & \operatorname{Im}(z_2)&= -8\sqrt{3}, & |z_2|&=16,
& \mathrm{Arg }(z_2)&=\tfrac{4\pi}{3}\,.
\end{aligned}\]