Электронная библиотека

Действительные числа x и y называются соответственно действительной и мнимой частью комплексного числа z и обозначаются:

Множество комплексных чисел обозначают буквой С.

Например, – комплексное число, где Rez = 5 – действительная часть; Imz = 8 – мнимая часть.

Пример 1

Таким образом, между множеством C и множеством векторов (и точек!) плоскости xOy устанавливается взаимно однозначное соответствие.

Определения. Плоскость xОy называется плоскостью комплексных чисел (или просто комплексной плоскостью), будем её обозначать Z. Ось Ox – действительная ось; ось Oy – мнимая ось.

Поскольку – вектор, то он имеет длину и характеризуется направлением.

Длину вектора называют модулем комплексного числа z = х + iy, а величину угла наклона вектора по отношению к оси Ox – аргументом z. Их обозначают символами:

Модуль комплексного числа есть однозначная функция:

Из рисунка 2.1 видно, что:

Аргумент есть функция многозначная. Все значения аргумента удовлетворяют соотношению:

Из формул (2.5) и (2.6) следует:

Пример 2

Необходимо: найти модуль комплексного числа, изобразить число на комплексной плоскости, найти главное значение аргумента комплексного числа.

Используем формулу (*) и находим модуль комплексного числа:

Изобразим число на комплексной плоскости (рис. 2.2).

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Источник

Методичесое пособие «Комплексные числа» для системы ДО и профессиональных классов

Разделы: Математика

Во многих разделах математики и ее приложениях невозможно ограничиться лишь рассмотрением действительных чисел. Например, решение уравнений типа х 2 +х+1=0, х 2 +1=0.

Для их решения надо расширить множество действительных чисел и таким расширением являются комплексные числа.

Комплексные числа часто называют мнимыми. Это название объясняется тем, что, хотя стали употребляться еще в XVI веке, они долго продолжали называться даже выдающимися математиками чем-то реально не существующими, мнимыми в буквальном смысле. Одному из создателей дифференциального и интегрального исчисления, немецкому математику Г. Лейбницу (1646–1716) принадлежат, например, такие слова:

“Комплексное число – это тонкое и поразительное средство божественного духа, почти амфибия между бытием и небытием”.

Но уже во времена К. Гаусса (1777–1855) было дано геометрическое истолкование комплексных чисел как точек плоскости. Трудами выдающихся математиков XIX века О. Коши, Б. Римана, К. Вейерштрасса на базе комплексных чисел была построена одна из самых красивых математических дисциплин – Теория функций комплексной переменной.

II. Определение комплексного числа.

Комплексные числа часто обозначают одной буквой, причем обычно используют буквы z и ω.

Равенство z=a+bi называют алгебраической формой записи числа z.

Частное чисел z₂ и z₁ при условии z₁≠0 понимается следующее комплексное число:

Заметим что число 0+bi называют чисто мнимым и записывают bi,

Если b=0, то число a просто действительное.

Действительная часть числа z=a+bi обозначается Rez.

Мнимая часть числа z обозначается Imz.

Пример 3 i 3 =i*i*i=-i, i 4 =i*i*i*i=1.

III. Геометрическая интерпретация комплексных чисел. Модуль и аргументы комплексного числа.

Рис.1

Хорошо известно, что между множеством действительных чисел и множеством точек прямой можно установить взаимно однозначное соответствие. Геометрическую интерпретацию можно использовать и при изучении комплексных чисел.

Каждому комплексному числу z=a+bi можно поставить в соответствие точку M(a,b) координатной плоскости.

Сама координатная плоскость называется комплексной плоскостью. Ось абсцисс называется действительной осью, а ось ординат мнимой осью.

Число z=a+bi есть вектор , исходящий из начала координат О(0,0) и идущий в точку M(a,b).

При сложении z₁ и z₂ складываются их действительные и мнимые части. При сложении складываются их координаты.

Модулем комплексного числа называется длина вектора соответствующего этому числу и обозначается │ Z│.

называется комплексно сопряженным числу z=a+bi. Тогда имеем: . Произведение сопряженных чисел равно квадрату модуля.

Аргументы комплексного числа.

Комплексные числа имеющие один и тот же модуль │ Z│ = r, соответствуют, очевидно, точкам плоскости расположенными на окружности радиуса r с центром в точке z=0.

Рис. 2

Определение. Аргументом комплексного числа z≠0 называется величина угла между положительным направлением действительной оси и вектором , причем величина угла считается положительной, если отчет ведется против часовой стрелки и отрицательным, если отчет ведется по часовой стрелке. Для обозначения аргументов комплексного числа z=a+bi используют обозначения arg(a+bi) или argz. Аргумент комплексного числа z определяется не однозначно.

Любые два аргумента комплексного числа отличаются друг от друга слагаемым кратным 2π.

IV. Тригонометрическая форма записи комплексного числа. Операции над комплексными числами.

Помимо алгебраической формы используются и другие формы записи комплексных чисел – тригонометрическая форма и показательная форма записи комплексных чисел.

Рассмотрим тригонометрическую форму записи.

Действительная и мнимая части комплексного числа z=a+bi выражаются через его модуль │ Z│ =r и аргумент φ следующим образом (рис.2).

Поэтому комплексное число z может быть записано в следующем виде: z= r(cos φ + isin φ )

Такая запись называется тригонометрической формой записи.

Для того чтобы перейти от алгебраической формы z=a+bi к тригонометрической форме записи числа, достаточно найти его модуль и один из аргументов. Модуль определяется по формуле:

Записать число z=1-I в тригонометрической форме.

Одним из решений этой системы будет:

но эти записи будут являться алгебраической, а не тригонометрической формой записи комплексного числа.

Умножение и деление комплексных чисел записанных в тригонометрической форме.

Таким образом: модуль произведения двух комплексных чисел равен произведению модулей, сумма аргументов есть аргумент произведения.

Следовательно, модуль частного двух комплексных чисел равен частному этих модулей, разность аргументов делимого и делителя является аргументом частного.

Модуль произведения n комплексных чисел равен произведению всех сомножителей, сумма аргументов всех сомножителей является аргументом произведения. Отсюда, как частный случай, получается формула, которая носит название формулы Муавра.

(r(cosφ+isinφ)) n =r n (cosnφ+isinφn)

Перейдем к операции извлечения корня из данной степени комплексного числа.

Число z является корнем степени n из числа ω, если z n =ω.

Из данного определения вытекает, что каждое решение уравнения z n =ω является корнем n из числа ω.

Пусть ω≠0, тогда z=r( cosφ + isinφ ), ω =s( cosψ + isinψ )

Уравнение z n = ω запишем в виде: r n ( cosnφ + isinφn )=s( cosψ + isinψ )

Два комплексных числа равны, когда равны их модули, а аргументы различаются слагаемым кратным 2π, то есть r n =s и nφ=ψ+2π k

как пара комплексных чисел i и –i.

Найти все значения . Запишем число ω =-16 в тригонометрической форме ω=16( cosπ + isinπ ).

Точки z₀,z_1,z_2,z₃ есть вершины квадрата вписанного в окружность радиуса 2.

V. Квадратные уравнения.

Рассмотрим уравнение: ax 2 +bx+c=0, a≠0

Решим это уравнение в комплексных числах, тогда, если D˂0, мы получаем решение в комплексных числах:

Над множеством комплексных чисел справедлива основная теорема алгебры : алгебраическое уравнение n – степени имеет ровно n корней.

VI. Комплексная степень числа e. Показательная форма записи.

Возведем e в степень z, где z=x+iy.e z =e x e iy =e x (cosy+isiny).

Доказательство данной формулы основано на разложении элементарных функций в ряд Тейлора в окрестности нуля.

Источник

Комплексные числа

Комплексные числа. Комплексным числом называется число вида z=a+biabRi2=−1

Замечание. Если a=ReZ=0b=Imz=0, то число z называется мнимым. Если a=ReZ=0b=Imz=0, то число z называется чисто мнимым

Свойство. Сумма и произведение двух сопряженных комплексных чисел являются действительными числами:z+z=2azz=a2+b2

Противоположные числа. Числа z=a+bi и −z=−a−bi называются противоположными комплексными числами.

Свойство. Сумма двух противоположных комплексных чисел равна нулю:
z+(−z)=0

Равные числа. Два комплексных числа называются равными, если равны их действительные и мнимые части.

Действия с комплексными числами, заданными в алгебраической форме:

Свойство сложения: Сумма двух комплексных чисел z1=a+bi и z2=c+di будет комплексное число вида z=z1+z2=a+bi+c+di=a+c+(b+d)i
Пример: 5+3i+3−i=8+2i

Свойство вычитания: Разность двух комплексных чисел z1=a+bi и z2=c+di будет комплексное число вида z=z1−z2=a+bi−c+di=a−c+(b−d)i

Свойство умножения: Произведение двух комплексных чисел z1=a+bi и z2=c+di будет комплексное число вида z=z1z2=a+bic+di=ac−bd+(ad+bc)i

Свойство деления: Частное двух комплексных чисел z1=a+bi и z2=c+di будет комплексное число видаz=z2z1=c+dia+bi=c2+d2ac+bd+c2+d2bc−adi

Действия с комплексными числами, заданных в тригонометрической форме
Запись комплексного числа z = a + bi в виде z=rcos+isin называется тригонометрической формой комплексного числа.

Модуль комплексного числа: r=a2+b2

где a, b – действительные числа, i – мнимая единица.

Источник

Как решать это уравнение (Rez)2+(Imz)2=2

Действительные числа x и y называются соответственно действительной и мнимой частью комплексного числа z и обозначаются:

Множество комплексных чисел обозначают буквой С.

Например, – комплексное число, где Rez = 5 – действительная часть; Imz = 8 – мнимая часть.

Определение. Числа z = х + iy и z = х – iy называются (комплексно) сопряженными.

Таким образом, между множеством C и множеством векторов (и точек!) плоскости xOy устанавливается взаимно однозначное соответствие.

Определения. Плоскость xОy называется плоскостью комплексных чисел (или просто комплексной плоскостью), будем её обозначать Z. Ось Ox – действительная ось; ось Oy – мнимая ось.

Поскольку – вектор, то он имеет длину и характеризуется направлением.

Аргумент есть функция многозначная. Все значения аргумента удовлетворяют соотношению:

При аргумент не определен. Из множества значений (z0) выделяют одно, лежащее в интервале, которое обозначают argz и называют главным значением аргумента:

Из формул (2.5) и (2.6) следует:

Необходимо: найти модуль комплексного числа, изобразить число на комплексной плоскости, найти главное значение аргумента комплексного числа.

Используем формулу (*) и находим модуль комплексного числа:

Изобразим число на комплексной плоскости (рис. 2.2).

Источник

Введение в комлексные числа

Выяснив, что многие знакомые программисты не помнят комплексные числа или помнят их очень плохо, я решил сделать небольшую шпаргалку по формулам.

А школьники могут что-то новое узнать 😉
// Всех кого заинтересовал прошу под кат.

Итак, комплексные числа эта такие числа, которые можно записать как

Где x, y вещественные числа(т.е привычные всем числа), а i — число, для которого
выполняется равенство

x называется действительной частью, y — мнимой.

Это алгебраическая форма записи комплексного числа.

Существует также тригонометрическая форма записи комплексного числа z:

С введением, пожалуй, все.

Переходим к самому интересному — операциям над комплексными числами!
Для начала рассмотрим сложение.

У нас есть два таких комплексных числа:

Как же их сложить?
Очень просто: сложить действительную и мнимую части.
Получим число:

Все просто, не так ли?
Вычитание выполняется аналогично сложению.
Нужно просто вычесть из действительной части 1 числа действительную часть 2 числа,
а потом проделать тоже с мнимой частью.
Получим число

Умножение выполняется вот так:

Напомню, x это действительная часть, y — мнимая.
Деление выполняется вот так:

Кстати, поддержка комплексных чисел есть в стандартной библиотеке Python:

Вместо i используется j.
Кстати, это потому что Python принял конвенцию инженеров-электриков, у которых
буква i обозначает электрический ток.
Задавайте свой вопросы, если они есть, в комментариях.
Надеюсь, вы узнали для себя что-то новое.

UPD: В комментариях просили рассказать о практическом применении.
Так вот комплексные числа нашли широкое практическое применение в авиации
(подъемная сила крыла) и в электричестве.
Как видете, очень нужная вещь 😉

Источник