Bestimmung der dritten Einheitswurzeln

 Als Anwendung bestimmen wir die Lösungen der komplexen Gleichung

z3  −  1  =  0  oder gleichwertig  z3  =  1.

Diese Lösungen heißen auch die dritten Einheitswurzeln. Eine offensichtliche Lösung ist w1 = 1. Abspalten dieser Nullstelle liefert

z3 − 1  =  (z − 1) (z2 + z + 1).

Die Lösungen von z2 + z + 1 lauten nach dem obigen Satz

w2,3  =  1±142  =  1±32,

wobei wieder 3 eine Lösung von z2 = −3 in  ist. Eine solche Lösung ist aber i 3. Damit sind die Lösungen von z3 = 1 genau die komplexen Zahlen

w1  =  1,  w2  =  1+i32,  w3  =  w2  =  1i32.

Nach der Produktregel gilt |w3| = |w|3 für alle komplexen Zahlen w, und damit haben alle Lösungen den Betrag 1. Zudem gilt

|w1  −  w2|  =  |w1  −  w3|  =  |w2  −  w3|  =  3.

Die komplexen Zahlen w1, w2, w3 haben also paarweise denselben Abstand voneinander. Dies zeigt:

Satz (dritte Einheitswurzeln)
analysis1-AbbID27

Die Lösungen von z3 = 1 sind die Ecken des gleichseitigen in den Einheitskreis

K  =  { w  ∈   | |w| = 1 }

einbeschriebenen Dreiecks, dem der Punkt 1 angehört.

 Ein analoges Ergebnis gilt für die n-ten Einheitswurzeln, also die Lösungen von zn = 1 in . Sie bilden die Ecken des regelmäßigen n-Ecks in K, dem der Punkt 1 angehört. Der Leser beachte, dass sich dieses Ergebnis aus der geometrischen Multiplikationsregel ganz ohne Rechnung gewinnen lässt. Allgemeiner lässt sich mit ihrer Hilfe und der n-ten reellen Wurzelfunktion die Gleichung zn = c für beliebige c  ∈   lösen. Ein wichtiger Spezialfall des Fundamentalsatzes der Algebra lässt sich damit überraschend leicht geometrisch einsehen.