close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

комплексные числа

код для вставки
презентация
Комплексные числа
Основные понятия
Геометрическое изображение
комплексных чисел
Тригонометрическая форма записи
комплексных чисел
Действия над комплексными числами
Показательная форма комплексного
числа
Основные понятия
Комплексным числом z называют выражение:
z  a  i  b,
где а и b – действительные числа, i – мнимая единица,
определяемая равенством:
i   1 i 2  1
а называется действительной частью числа z,
b – мнимой частью. Их обозначают так:
a  Re z; b  Im z.
Если а = 0, то число i b называется чисто мнимым.
Если b = 0, то получается действительное число а.
Два комплексных числа, отличающиеся только знаком мнимой
части, называются сопряженными:
z  a  i  b,
z  a  i  b,
Геометрическое изображение
комплексных чисел
Всякое комплексное число z  a  i  b, можно изобразить на
плоскости XOY в виде точки A(a; b).
Плоскость, на которой изображаются комплексные числа,
называют плоскостью комплексной переменной.
y
z
Точкам, лежащим на оси OX,
A(a; b)
b
соответствуют действительные числа
(b = 0), поэтому ось OX называют
действительной осью.
a х
0
Точкам, лежащим на оси OY , соответствуют чисто мнимые числа
(a = 0), поэтому ось OY называют мнимой осью.
Иногда удобно считать геометрическим изображением
комплексного числа z вектор OA
Тригонометрическая форма записи
комплексных чисел
Обозначим через r модуль вектора OA, через φ угол между
вектором OA и положительным направлением оси OX.
Тогда имеют место равенства:
y
z
a  r cos; b  r sin
A(a; b)
b
r
0
Следовательно, комплексное число z
можно представить в виде:
φ
a х
a  i  b  r cos  i  r sin
z  r (cos  i sin )
b
МодульАргумент
комплексного
2комплексного
2
Тригонометрическая
  argz  arctg
r  zчисла
 aчисла
b
форма записи
a
комплексного
числа числа z считается положительным, если
Аргумент
комплексного
он отсчитывается от положительного направления оси OX против
часовой стрелки. Очевидно, что φ определяется не однозначно, а
с точностью до слагаемого 2k k  Z.
Действия над комплексными числами
1
Равенство комплексных чисел.
Два комплексных числа z1  a1  i  b1 и z2  a2  i  b2
называются равными : z1  z2 , если a1  a2, b1  b2
Комплексное число z
тогда, когда a  0,
2
 a  i  b равно нулю , тогда и только
b0
Сложение и вычитание комплексных чисел.
Суммой (разностью) комплексных чисел z1  a1  i  b1 и
z2  a2  i  b2 называется комплексное число, определяемое
равенством:
z1  z2  a1  i  b1  a2  i  b2   a1  a2   i  b1  b2 
z1  z2  a1  i  b1  a2  i  b2   a1  a2   i  b1  b2 
Действия над комплексными числами
Сложение и вычитание
комплексных чисел, изображенных
векторами производится по правилу
сложения или вычитания векторов:
y
z
z1
z1 - z2
0
3
z1 + z2
z2
х
Умножение комплексных чисел.
Умножением комплексных чисел z1  a1  i  b1 и z2  a2
называется число, получаемое при умножении этих чисел по
правилам алгебры как двучлены, учитывая что
i 2  1; i 3  i; i 4  i  i  1; i 5  i 
При любом целом k:
i 4k  1; i 4k 1  i; i 4k 2  1; i 4k 3  i
 i  b2
Действия над комплексными числами
На основании этого правила получим:
z1  z2  a1  i  b1 a2  i  b2  
 a1  a2  i  b1  a2  i  b2  a1  i 2  b1  b2
z1  z2  a1  a2  b1  b2   i  b1  a2  b2  a1
Если комплексные числа заданы в тригонометрической форме:
z1  r1(cos1  i sin1) z2  r2 (cos2  i sin2 )
тогда произведение находится по формуле:
z1  z2  r1  r2(cos(1  2 )  i sin(1  2 ))
Произведение сопряженных комплексных чисел:
2
2
2
2

a

(
i

b
)

a

b
z  z  (a  i  b)  (a  i  b)
zz  a b  z
2
2
2
Действия над комплексными числами
4
Деление комплексных чисел.
Чтобы разделить z1  a1  i  b1 на z2  a2  i  b2
необходимо умножить делимое и делитель на число, сопряженное
делителю:
z1 a1  i  b1 (a1  i  b1)  (a2  i  b2 )



z2 a2  i  b2 (a2  i  b2 )  (a2  i  b2 )
(a1a2  b1b2 )  i  (a2b1  a1b2 ) a1a2  b1b2
a2b1  a1b2


i  2
2
2
2
2
a2  b2
a2  b2
a2  b22
Если комплексные числа заданы в тригонометрической форме:
z1  r1(cos1  i sin1) z2  r2 (cos2  i sin2 )
z1 r1
 (cos(1  2 )  i sin(1  2 ))
z2 r2
Действия над комплексными числами
Найти произведение и частное комплексных чисел:
z1  2  3i, z2  1 4i
z1  z2  2  3i  1 4i   2  3i  8i  12i 2 
= -1
 2  3i  8i  12  14  5i
z1 2  3i (2  3i )  (1 4i ) 2  3i  8i  12i 2




2
2
z2 1 4i
(1 4i )  (1 4i )
1 4
10 11
 10  11i
2  3i  8i  12
   i

17 17
17
17
Действия над комплексными числами
5
Возведение в степень комплексного числа.
При возведении комплексного числа z  r (cos  i sin )
в целую положительную степень модуль возводится в эту степень,
а аргумент умножается на показатель степени (формула Муавра)
zn  r n (cosn  i sinn )
6
Извлечение корня из комплексного числа.
Корень n – ой степени из комплексного числа
z  r (cos  i sin ) находится по формуле:
n
  2k
z  r (cos
n
n
 i sin
  2k
n
)
Арифметическое значение корня из
положительного числа r
Действия над комплексными числами
n
  2k
z  r (cos
n
n
 i sin
  2k
n
)
Придавая k значения 0, 1, 2, …,n –1, получим n различных
значений корня.
Для других значений k аргументы будут отличаться от
полученных на число, кратное 2π, и , следовательно будут
получаться значения корня, совпадающие с рассмотренными.
Итак, корень n – ой степени из комплексного числа имеет n
различных значений.
Корень n – ой степени из действительного числа также имеет n
значений, так как действительное число – частный случай
комплексного числа и может быть представлено в
тригонометрической форме:
A  A (cos0  i sin0) ( A  0)
A  A (cos  i sin ) ( A  0)
Действия над комплексными числами
Найти все значения кубического корня из единицы
1  cos0  i sin0
3
(r  1;   0)
0  2k
0  2k
2k
2k
1  cos
 i sin
 cos
 i sin
3
3
3
3
k 0
k 1
k 2
3
3
1  cos0  i sin0  1
2
2
1
3
1  cos
 i sin
 
i
3
3
2 2
3
1
3
4
4
i
1  cos
 i sin   
2 2
3
3
y
z
В
A
х
С
Показательная форма комплексного
числа
Пусть z  x  i  y. Если х и y – действительные переменные, то
z называется комплексной переменной.
Рассмотрим показательную функцию от комплексной
переменной z.
w  ez
или w  ex i y
Комплексные значения функции w определяются по формуле:
ex i y  ex (cosy  i  siny ) (1)
z  2i 
Пример:
e
2i 

4


4

e2 2
e2 2
 e (cos  i  sin ) 
i 
4
4
2
2
2
Показательная форма комплексного
числа
Если в формуле (1) положим x = 0, то получим:
ei y  cos y  i  sin y (2)
Эта формула называется формулой Эйлера, выражающая
показательную функцию с мнимым показателем через
тригонометрические функции.
Заменим в формуле (2) y на – y:
ei y  cos(y )  i  sin(y )  ei y  cos y  i  sin y (3)
Складывая и вычитая равенства (2) и (3) получим :
e e
cos y 
2
iy
iy
eiy  eiy
siny 
2i
Показательная форма комплексного
числа
Представим комплексное число z в тригонометрической форме::
z  r (cos  i sin )
По формуле Эйлера: cos  i  sin  ei
Следовательно, всякое комплексное число можно представить в
показательной форме:
z  r  ei
Действия над комплексными числами в показательной форме:
Пусть имеем:
z1  r1  ei1 ; z2  r2  ei2 .
z1  z2  r1  r2  ei 12 ;
z1 r1 i 12 
 e
;
z2 r2
Тогда:
zn  r n  ein;
n
i
z  n r e
 2k
n
.
Автор
fidrikksu
Документ
Категория
Образование
Просмотров
19
Размер файла
879 Кб
Теги
комплексные числа
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа