пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

Комплексные числа

 

Во множестве действительных чисел нельзя решить уравнение image001.gif. Расширяя действительные числа, введем число image002.gif  - мнимая единица: image003.gif. Тогда, уравнение будет иметь решение image004.gif.

П.1. Алгебраическая форма комплексного числа

Определение. Комплексным числом называется число image005.gif, где x -называется действительной частью комплексного числа и обозначается image006.gifimage007.gif называется мнимой частью комплексного числа и обозначается image008.gif. Такая запись комплексного числа называется алгебраической формой комплексного числа.

Пример. image009.gifimage010.gifimage011.gif.

Определение. Модулем комплексного числа image005.gif называется величина image012.gif.

Определение. Аргументом комплексного числа image005.gif  называется число: image013.gif. Главное значение аргумента обозначается: arg z=image014.gif image015.gif или image016.gif.

Пример. image017.gif

image018.gif

image019.gif

image020.gif

Определение. Два комплексных числа image021.gifimage022.gif  называются равными image023.gif, если image024.gifimage025.gif.

Определение. Комплексное число image005.gif равно 0, если image026.gif и image027.gif.

Определение. Число image028.gif называется сопряженным комплексному числу image005.gif,причем image029.gif.

Пример. image030.gifimage031.gif.

П.2. Тригонометрическая форма записи комплексного числа.

Комплексное число image005.gif однозначно определяется парой действительных чисел image032.gif поэтому можно установить взаимно однозначное соответствие между всевозможными точками плоскости и всевозможными комплексными числами.

Тогда, комплексное число можно изобразить с помощью точки плоскости, координаты которой image033.gif  - абсцисса, image007.gif  - ордината. Это геометрическая, интерпретация комплексного числа.

image034.gif

Рис. 1.

Тогда ось OX – где откладываются действительные части числа image035.gif называется действительной осью.

OY – где откладывают мнимые части числа image035.gif называется мнимой осью.

Такую плоскость будем называть «комплексной плоскостью».

 Действительной и мнимой частям комплексного числа image005.gif можно также поставить в соответствие координаты радиус-вектора image036.gif.

image037.gif

Рис. 2.

Т.е. комплексное число можно изобразить с помощью вектора image038.gif.

Тогда, длина вектора image039.gif - есть модуль комплексного числа image040.gif; а угол image041.gif есть аргумент комплексного числа:

image042.gif.

Из определения модуля и аргумента следует, что если image005.gif, то image043.gifimage044.gif.

Тогда, любое комплексное число, отличное от нуля, можно представить в тригонометрической форме:

image045.gif

Пример. Представить комплексное число в тригонометрической форме:

1)     image046.gif

image047.gif

2)     image048.gif

П.3. Показательная форма комплексного числа.

image049.gif и image050.gif связаны формулой Эйлера: image051.gif.

Тогда от тригонометрической формы комплексного числа можно перейти к показательной форме:

image052.gif.

Тогда image053.gif  Складывая и вычитая, легко получить

image054.gif.

Примеры. Записать комплексное число в показательной форме.

1)     image055.gif

2)     image056.gif

П.4. Алгебраические операции над комплексными числами.

Сложение и умножение комплексных чисел производится по правилам сложения и умножения алгебраических многочленов; учитывая при этом, что image057.gif и т.д.

1)     Рассмотрим операции над комплексными числами в алгебраической форме

Пусть image058.gif

image059.gif.

image060.gif

Замечание. image061.gif

image062.gif

image063.gif

image064.gif

image065.gif

2)     Рассмотрим операции над комплексными числами в тригонометрической форме:

Пусть image066.gif

image067.gif

image068.gif.

Формула Муавра: image005.gif.

image069.gif

image070.gif.

image071.gif имеет image072.gif позиций в области комплексных чисел.

Из формулы для image073.gif видно, что все image072.gif различных значений величины image073.gif имеют один и тот же модуль равный image074.gif. А так как image075.gif, то точки соответствующие значениям image073.gif, являются вершинами правильного image072.gif-угольника, вписанного в окружность радиуса image076.gif с центром в начале координат.

3)     алгебраические операции в показательной форме:

image077.gif

image078.gif

image079.gif

image080.gif.

Примеры.

1)     image081.gif - в алгебраической форме.

image082.gif,

image083.gif

image084.gif

image085.gif - тригонометрическая форма.

image086.gif.

image087.gifimage088.gif

image089.gif

image090.gif

image091.gif.

image092.gif.

 П.4. Линии и области в комплексной плоскости

 Чтобы построить линию в комплексной плоскости нужно перейти к записи уравнения этой линии в действительных координатах: z=x+iy, x=Rez,y=ImzIzI=image093.gif .

 Примеры.

1. Построить линию, заданную уравнением Re(z+2)=3. Перейдем к декартовым координатам, получим Re(x+iy+2)=3Þx+2=3Þx=1. Это уравнение прямой параллельной мнимой оси.

2. Построить линию, заданную уравнением Iz-3iI=2. Перейдем к декартовым координатам, получим Ix+iy-3iI=2Þimage094.gif Это уравнение окружности с центром в точке (0; 3) и радиуса равного 2.

3. Записать уравнение линии в комплексной форме: image095.gifВыразим декартовы координаты через комплексную переменную, получим image096.gif или image097.gif Это уравнение прямой с выколотой точкой (0; 0) в комплексной форме.

 Чтобы построить область в комплексной плоскости нужно в неравенстве, определяющем эту область заменить комплексную переменную zдействительными переменными x и y.

 Примеры.

1. Определить область, заданную неравенствами: 2£ Im(z-i)£3. Перейдем к декартовым координатам, получим 2£ y-1£3Þ3£ y£ 4. Это область, заключенная в полосе между прямыми y=3 и y=4.

2. Определить область, заданную неравенством Iz-iI<Iz+3I. Перейдем к декартовым координатам, получим image098.gif

Это часть плоскости, расположенная выше прямой y=-3x-4.

3. Определить область, заданную неравенством Iz-3+2iI>2. Это часть плоскости, расположенная вне круга image099.gif


хиты: 212
рейтинг:+1
Точные науки
математика
алгебра
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь