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Roots of complex numbers

Consider $z=a+ib$ a nonzero complex number. The number $z$ can be written in polar form as
\[z=r(\cos \theta +i \sin \theta)\]
where $r=\sqrt{a^2+b^2}$ and $\theta$ is the angle, in radians, from the positive $x$-axis to the ray connecting the origin to the point $z$.

Now, de Moivre's formula establishes that if $z=r(\cos \theta +i\sin \theta)$ and $n$ is a positive integer, then
\[z^n=r^n(\cos n\theta+i\sin n\theta).\]
Let $w$ be a complex number. Using de Moivre's formula will help us to solve the equation $z^n=w$ for $z$ when $w$ is given. Suppose that $w=r(\cos \theta +i\sin \theta)$ and $z=\rho (\cos \psi +i\sin \psi)$. Then de Moivre's formula gives $z^n=\rho^n(\cos n\psi+i\sin n\psi)$. It follows that $\rho^n=r=|w|$ by uniqueness of the polar representation and $n\psi = \theta +k(2\pi)$, where $k$ is some integer. Thus
\[z=\sqrt[n]{r}\left[\cos\left(\frac{\theta}{n}+\frac{2k\pi}{n}\right)+i\sin\left(\frac{\theta}{n}+\frac{2k\pi}{n}\right) \right]\]
Each value of $k=0,1,2,\ldots ,n-1$ gives a different value of $z$. Any other value of $k$ merely repeats one of the values of $z$ corresponding to $k=0,1,2,\ldots ,n-1$. Thus there are exactly $n$th roots of a nonzero complex number.

The complex number $z$ can also be written in exponential form as
because $e^{i\theta}=\cos \theta +i \sin \theta$.

Thus, the $n$th roots of a nonzero complex number $z$ can also be expressed as
where $k=0, 1, 2, \ldots , n-1$.

In the following applet you can see a geometrical representation of the $n$th roots for a family of complex numbers. Change the values of the real and imaginary parts of $z$ and the $n$th root. Some examples are:
  1. Re(z)=1/2, Im(z)=1.72, n=3; 
  2. Re(z)=sqrt(2), Im(z)=pi, n=7.

External link to GeoGebra applet:


Distancia, velocidad y aceleración

Cálculo Diferencial: Método para encontrar la velocidad de un movimiento cuando se conoce la distancia recorrida en un tiempo dado.
Cálculo Integral: Método para encontrar la distancia recorrida cuando se conoce la velocidad.
Para encontrar la distancia recorrida de un objeto, cuando se conoce la velocidad, se recurre al cálculo integral, es decir, se debe calcular el área bajo la curva que representa la dependencia de la velocidad respecto del tiempo.
Para encontrar la velocidad de un movimiento cuando se conoce la distancia recorrida en un tiempo dado, se recurre al cálculo diferencial, es decir, se debe calcular la derivada de la curva que representa la dependencia de la distancia respecto del tiempo.
El problema de la integración es recíproco al problema de derivación y viceversa.
- Al integrar, función velocidad, se calcula distancia. - Al derivar, función distancia, se calcula velocidad
Applets de Geogebra 
Representación del movimiento. En estos applets pueden modificar…

Representaciones en 3D: Espiral y curva paramétrica de pi

Otro uso de proyecciones ortográficas con Geogebra.

1. Curva paramétrica para representar a $\pi$
Para generar la curva que representa a $\pi$ se requiere utilizar una ecuación paramétrica.

En matemáticas, una ecuación paramétrica permite representar una o varias curvas o superficies en el plano o en el espacio, mediante valores arbitrarios o mediante una constante, llamada parámetro, en lugar de mediante una variable independiente de cuyos valores se desprenden los de la variable dependiente.
Por ejemplo: Dada la ecuación $y = x^2$, una parametrización tendrá la forma $$\begin{cases} x = u (t) \\ y = v (t) \end{cases}$$
Una parametrización posible sería $$\begin{cases} x = t \\ y = t^2 \end{cases}$$
Una circunferencia con centro en el origen de coordenadas y radio $r$ verifica que $x^2 + y^2 =r^2$.
Una expresión paramétrica de la circunferencia es $\begin{cases} x = r \cos t  \\ y = r \sin t \end{cases}$
1.1 Curva $\pi$:
En nuestro caso, para generar la curva $\pi$, es necesario defini…

Möbius transformations with stereographic projections

A Möbius transformation of the plane is a rational function of the form $$f(z) = \frac{a z + b}{c z + d}$$ of one complex variable $z$. Here the coefficients $a, b, c, d$ are complex numbers satisfying $ad - bc\neq 0.$
Geometrically, a Möbius transformation can be obtained by stereographic projection of the complex plane onto an admissible sphere in $\mathbb R^3$, followed by a rigid motion of the sphere in $\mathbb R^3$ which maps it to another admissible sphere, followed by stereographic projection back to the plane. 

A Möbius transformation is a combination of dilatation, inversion, translation, and rotation.
The following applet shows the stereographic projection representing different Möbius transformations. Move the sliders to see what happens.

Made with GeoGebra, link here: This applet was made based on the work of D. N. Arnold and J. Rogness.
Further reading:
Arnold, D. N. & Rogness, J. (2008).  Möbius transformations revea…