Given:
z = 1 − i 3 2 z = \dfrac{1 - i\sqrt{3}}{2} z = 2 1 − i 3
⇒ z = − ( − 1 + i 3 2 ) ⇒ z = - \left(\dfrac{- 1 + i\sqrt{3}}{2}\right) ⇒ z = − ( 2 − 1 + i 3 )
⇒ z = − ω ⇒ z = - \omega ⇒ z = − ω
where, ω \omega ω is the cube root of unity. So,
1 + ω + ω 2 = 0 1 + \omega + {\omega}^{2} = 0 1 + ω + ω 2 = 0
ω 3 = 1 {\omega}^{3} = 1 ω 3 = 1
Now, let
A = ( z + 1 z ) 3 + ( z 2 + 1 z 2 ) 3 + ( z 3 + 1 z 3 ) 3 + … + ( z 21 + 1 z 21 ) 3 A = {\left(z + \dfrac{1}{z}\right)}^{3} + {\left({z}^{2} + \dfrac{1}{{z}^{2}}\right)}^{3} + {\left({z}^{3} + \dfrac{1}{{z}^{3}}\right)}^{3} + \ldots + {\left({z}^{21} + \dfrac{1}{{z}^{21}}\right)}^{3} A = ( z + z 1 ) 3 + ( z 2 + z 2 1 ) 3 + ( z 3 + z 3 1 ) 3 + … + ( z 21 + z 21 1 ) 3
⇒ A = ( − ω − 1 ω ) 3 + ( ω 2 + 1 ω 2 ) 3 + ( − ω 3 − 1 ω 3 ) 3 + … . + ( − ω 21 − 1 ω 21 ) 3 ⇒ A = {\left(- \omega - \dfrac{1}{\omega}\right)}^{3} + {\left({\omega}^{2} + \dfrac{1}{{\omega}^{2}}\right)}^{3} + {\left(- {\omega}^{3} - \dfrac{1}{{\omega}^{3}}\right)}^{3} + \ldots . + {\left(- {\omega}^{21} - \dfrac{1}{{\omega}^{21}}\right)}^{3} ⇒ A = ( − ω − ω 1 ) 3 + ( ω 2 + ω 2 1 ) 3 + ( − ω 3 − ω 3 1 ) 3 + … . + ( − ω 21 − ω 21 1 ) 3
⇒ A = − ( ω 2 + 1 ω ) 3 + ( ω 4 + 1 ω 2 ) 3 + ( − 1 − 1 1 ) 3 + … . + ( − ω 21 − 1 ω 21 ) 3 ⇒ A = - {\left(\dfrac{{\omega}^{2} + 1}{\omega}\right)}^{3} + {\left(\dfrac{{\omega}^{4} + 1}{{\omega}^{2}}\right)}^{3} + {\left(- 1 - \dfrac{1}{1}\right)}^{3} + \ldots . + {\left(- {\omega}^{21} - \dfrac{1}{{\omega}^{21}}\right)}^{3} ⇒ A = − ( ω ω 2 + 1 ) 3 + ( ω 2 ω 4 + 1 ) 3 + ( − 1 − 1 1 ) 3 + … . + ( − ω 21 − ω 21 1 ) 3
⇒ A = − ( − ω ω ) 3 + ( − ω 2 ω 2 ) 3 + ( − 1 − 1 ) 3 + … . + ( − ω 21 − 1 ω 21 ) 3 ⇒ A = - {\left(\dfrac{- \omega}{\omega}\right)}^{3} + {\left(\dfrac{- {\omega}^{2}}{{\omega}^{2}}\right)}^{3} + {\left(- 1 - 1\right)}^{3} + \ldots . + {\left(- {\omega}^{21} - \dfrac{1}{{\omega}^{21}}\right)}^{3} ⇒ A = − ( ω − ω ) 3 + ( ω 2 − ω 2 ) 3 + ( − 1 − 1 ) 3 + … . + ( − ω 21 − ω 21 1 ) 3
⇒ A = 1 + ( − 1 ) + ( − 1 − 1 ) 3 + 1 + ( − 1 ) + ( − 1 − 1 ) 3 … . + ( − 1 − 1 ) 3 ⇒ A = 1 + \left(- 1\right) + {\left(- 1 - 1\right)}^{3} + 1 + \left(- 1\right) + {\left(- 1 - 1\right)}^{3} \ldots . + {\left(- 1 - 1\right)}^{3} ⇒ A = 1 + ( − 1 ) + ( − 1 − 1 ) 3 + 1 + ( − 1 ) + ( − 1 − 1 ) 3 … . + ( − 1 − 1 ) 3
⇒ A = 3 [ 1 + ( − 1 ) ] + ( − 1 − 1 ) 3 ⇒ A = 3\left[1 + \left(- 1\right)\right] + {\left(- 1 - 1\right)}^{3} ⇒ A = 3 [ 1 + ( − 1 ) ] + ( − 1 − 1 ) 3
⇒ A = − 8 ⇒ A = - 8 ⇒ A = − 8
Then,
21 + A = 21 − 8 21 + A = 21 - 8 21 + A = 21 − 8
= 13 = 13 = 13