Das afirmações abaixo sobre a equação e suas soluções no plano complexo:
I. A equação possui pelo menos um par de raízes reais.
II. A equação possui duas raízes de módulo , uma raiz de módulo menor que e uma raiz de módulo maior que .
III. Se * e r é uma raiz qualquer desta equação, então .
é(são) verdadeira(s):
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Com conhecimento de progressões geométricas, não é difícil reescrever a equação como: \begin{matrix}
z^4 + z^3 +z^2 + z + 1 &=& \dfrac{1 \cdot (z^5 -1)}{(z-1)} &=& 0
\end{matrix}Atente que, $z=1$ não é uma raiz, assim, sem perda de generalidade, têm-se: \begin{matrix} z^5 -1 = 0 &\Rightarrow& z^5 = 1
\end{matrix}Conhecida a $\text{Segunda Lei de Moivre}$, têm-se: \begin{matrix}
z^5 = 1 \cdot (\cos{0} + i\sin{0}) &\Rightarrow& z_k = \sqrt[5]{1} \cdot [\cos{(\frac{2k\pi}{5})} + i\sin{(\frac{2k\pi}{5})}] &,& k = 1,2, ...,5
\end{matrix}Com isso, não é difícil perceber que: \begin{matrix}
|z_k| = \sqrt[5]{1} &,& z_k = \cos{(\frac{2k\pi}{5})} + i\sin{(\frac{2k\pi}{5})}
\end{matrix}
$• \ \text{Afirmativa I:}$ $\color{orangered}{\text{Falsa}}$
Substituindo $k$ por seus respectivos valores, pode-se ver que em nenhum deles o termo $i\sin{(\frac{2k\pi}{5})}$ se anula - condição necessária para raiz real.
$• \ \text{Afirmativa II:}$ $\color{orangered}{\text{Falsa}}$
O módulo de todas as raízes é unitário, como mostrado anteriormente.
$• \ \text{Afirmativa III:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
O mais simples é pensar numa progressão geométrica de infinitos termos, pois todo elemento somado é positivo, consequentemente, quanto mais termos, maior o resultado. Nesse viés, $r$ é o nosso $z_k$, enquanto a razão da progressão é $\dfrac{z_k}{3}$, então, a soma de infinitos termos seria: \begin{matrix}
\underset{i=1}{\overset{\infty}{\sum}} |\dfrac{z_k}{3}|^i &=& \frac{\dfrac{|z_k|}{3}}{{\Large{1}} - \dfrac{|z_k|}{3} } &=& \dfrac{|z_k|}{3 - |z_k|} &=& \dfrac{1}{2} &\because& |z_k | = 1
\end{matrix}\begin{matrix}Letra \ (D)
\end{matrix}