Bevis

Konjugerade rötter

Icke-reella rötter till polynomekvationer av typen a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0 kommer alltid i konjugerade par, förutsatt att alla koefficienter a_(0,...,n) är reella tal. Det innebär att om t.ex. z = 3-2i visar sig uppfylla ekvationen måste även konjugatet z = 3+2i göra det.

Bevis

p(z) = 0 ⇔ p(z)=0

Låt z vara en rot till ekvationen p(z) = 0, där p(z) är ett polynom med reella koefficienter: p(z) = a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0. Att z är en rot innebär att polynomets värde är 0 då z satts in. Om man konjugerar höger- och vänsterledet av denna likhet får man konjugatet av en summa, vilket man kan visa är lika med summan av konjugaten.
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
Termerna är nu konjugat av produkter, vilket på liknande sätt kan visas vara lika med produkten av konjugaten. Eftersom koefficienterna är reella är alla a:n lika med sitt konjugat.
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
Slutligen kan vi skriva om alla konjugat av potenser som potenser av konjugat.
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
a_nz^n + a_(n-1)z^(n-1) + ... + a_1z + a_0 = 0
Vänsterledet är nu precis utvecklingen av p(z), som alltså är noll. Därför gäller det att p(z) = 0 ⇔ p(z)=0, dvs. att nollställena till polynom med reella koefficienter kommer i konjugerade par.
Q.E.D.
Övningar