函数 f\text{f} 的定义为 f(z)=z4+Az3+Bz2+Cz+45\text{f}(z) = z^4 + Az^3 + Bz^2 + Cz + 45,其中 AA、BB 和 CC 是实数。已知 2+i2 + \text{i} 是 f(z)=0\text{f}(z) = 0 的一个根,且 (z−k)2(z - k)^2 是 f(z)\text{f}(z) 的一个因式,其中 kk 是一个正实数,求 AA、BB、CC 和 kk 的值。

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完整解法

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1. Identify the second complex root using the conjugate roots theorem.

Since the coefficients AA, BB, and CC of the polynomial f(z)\text{f}(z) are real numbers, the complex roots must occur in conjugate pairs.
Therefore, 2−i2 - \text{i} is also a root of f(z)=0\text{f}(z) = 0.

2. Form the quadratic factor corresponding to the complex conjugate roots.

Sum of complex roots =(2+i)+(2−i)=4= (2 + \text{i}) + (2 - \text{i}) = 4
Product of complex roots =(2+i)(2−i)=22−i2=4−(−1)=5= (2 + \text{i})(2 - \text{i}) = 2^2 - \text{i}^2 = 4 - (-1) = 5

The corresponding quadratic factor is given by z2−(sum of roots)z+(product of roots)z^2 - (\text{sum of roots})z + (\text{product of roots}), which is:
z2−4z+5z^2 - 4z + 5

3. Express the polynomial as a product of its quadratic factors and compare constant terms to find $k$.

Given that f(z)\text{f}(z) is a polynomial of degree 4 with a leading coefficient of 11, and (z−k)2(z - k)^2 is a factor, we can express f(z)\text{f}(z) as:
f(z)=(z2−4z+5)(z−k)2\text{f}(z) = (z^2 - 4z + 5)(z - k)^2
f(z)=(z2−4z+5)(z2−2kz+k2)\text{f}(z) = (z^2 - 4z + 5)(z^2 - 2kz + k^2)

Comparing the constant terms of both sides of the identity:
5k2=455k^2 = 45
k2=9k^2 = 9
Since kk is given as a positive real number, k=3k = 3.

4. Expand the factorised form to find the values of $A$, $B$, and $C$.

Substitute k=3k = 3 back into the expression:
f(z)=(z2−4z+5)(z2−6z+9)\text{f}(z) = (z^2 - 4z + 5)(z^2 - 6z + 9)

Expanding the expression:
f(z)=z2(z2−6z+9)−4z(z2−6z+9)+5(z2−6z+9)\text{f}(z) = z^2(z^2 - 6z + 9) - 4z(z^2 - 6z + 9) + 5(z^2 - 6z + 9)
f(z)=z4−6z3+9z2−4z3+24z2−36z+5z2−30z+45\text{f}(z) = z^4 - 6z^3 + 9z^2 - 4z^3 + 24z^2 - 36z + 5z^2 - 30z + 45
f(z)=z4−10z3+38z2−66z+45\text{f}(z) = z^4 - 10z^3 + 38z^2 - 66z + 45

Comparing the coefficients with the original equation f(z)=z4+Az3+Bz2+Cz+45\text{f}(z) = z^4 + Az^3 + Bz^2 + Cz + 45:
A=−10A = -10
B=38B = 38
C=−66C = -66

答案

A=−10A = -10, B=38B = 38, C=−66C = -66, k=3k = 3

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