Numere complexe

Numere complexe (noțiuni introductive)

Pe mulțimea

×=a,b  a, b , z=(a,b), z`=(c,d) ×

definim două operații algebrice:

1. Adunarea:

z+z`=(a+c,b+d) ×

2. Înmulțirea:

z·z`=(ac-bd,ad+bc)×.

Fiecare element al mulțimii × pe care sunt definite operațiile algebrice prezentate mai sus se numește număr complex. Mulțimea numerelor complexe este mulțimea:

=z  z=(a,b), a, b.

În particular, numerele complexe (a,0) și (0,0) sunt de fapt numerele reale a și 0.

a,0=a0,0=0.

 

Forma algebrică a numerelor complexe

Forma algebrică a unui număr complex este:

z=a+bi,  a, b, i2=-1.

Numărul real a se numește partea imaginară a numărului complex și se scrie a = Re(z).

Numărul real b se numește partea imaginară și se notează b = Im(z).

Numărul i se numește unitate imaginară.

Operații cu numere complexe

z=a+bi, z`=c+di, a, b, c, d.

Adunarea:

z+z`=a+c+b+di

Scăderea:

z-z`=a-c+b-di

Înmulțirea:

z·z`=a+bi·c+di=ac-bd+ad+bci

Puterile numărului i

i4k=1i4k+1=ii4k+2=-1i4k+3=-i.

Conjugatul unui număr complex

Dacă z = a+bi este un număr complex, atunci conjugatul lui z este numărul:

z¯=a-bi.

Proprietăți ale numerelor complexe conjugate:

a)     z+z¯ b)     z·z¯ .c)    z+z`¯=z¯+z`¯d)    z·z`¯=z¯·z`¯e)    zz`¯=z¯z`¯f)   zn¯=z¯ng)   z¯¯=z.

Observație. Pentru a demonstra că un număr complex z este real, arătăm că numărul z este egal cu conjugatul său.

zz=z¯.

Raportul a două numere complexe

Pentru a calcula raportul a două numere complexe, se amplifică fracția cu conjugatul numitorului.

Modulul unui număr complex

Dacă z = a+bi este un număr complex, atunci modulul lui z este numărul real pozitiv:

z=a2+b2.

Proprietăți ale modulului:

a)    z0, zb)    z=0z=0c)    z=z¯d)    z2=z·z¯e)    z·z`=z·z`f)    zz`=zz`, z`0g)    zn=znh)    z+z`z+z`.

 

Operații cu numere complexe (forma algebrică)

Operații cu numere complexe

z=a+bi, z`=c+di, a, b, c, d.

Adunarea:

z+z`=a+c+b+di

Scăderea:

z-z`=a-c+b-di

Înmulțirea:

z·z`=a+bi·c+di=ac-bd+ad+bci

Puterile numărului i

i4k=1i4k+1=ii4k+2=-1i4k+3=-i.

Conjugatul unui număr complex

Dacă z = a+bi este un număr complex, atunci conjugatul lui z este numărul:

z¯=a-bi.

Proprietăți ale numerelor complexe conjugate:

a)     z+z¯ b)     z·z¯ .c)    z+z`¯=z¯+z`¯d)    z·z`¯=z¯·z`¯e)    zz`¯=z¯z`¯f)   zn¯=z¯ng)   z¯¯=z.

Observație. Pentru a demonstra că un număr complex z este real, arătăm că numărul z este egal cu conjugatul său.

zz=z¯.

Raportul a două numere complexe

Pentru a calcula raportul a două numere complexe, se amplifică fracția cu conjugatul numitorului.

Modulul unui număr complex

Dacă z = a+bi este un număr complex, atunci modulul lui z este numărul real pozitiv:

z=a2+b2.

Proprietăți ale modulului:

a)    z0, zb)    z=0z=0c)    z=z¯d)    z2=z·z¯e)    z·z`=z·z`f)    zz`=zz`, z`0g)    zn=znh)    z+z`z+z`.

Reprezentarea geometrică a numerelor complexe (aplicații)

Fie z, z=a+bi, a, b.

Fiecărui număr complex îi corespunde un unic punct în plan M(a,b) care se numește imaginea geometrică a numărului complex z. Numărul complex z se numește afixul punctului M.

Modulul numărului complex z este modulul vectorului de poziție al punctului M:

z=OM=OM=a2+b2.

Dacă punctul A este imaginea geometrică a numărului complex z1 și punctul B este imaginea geometrică a numărului complex z2, atunci lungimea segmentului [AB] este:

AB=z1-z2.

Reprezentarea geometrică a numerelor complexe

Fie z, z=a+bi, a, b.

Fiecărui număr complex îi corespunde un unic punct în plan M(a,b) care se numește imaginea geometrică a numărului complex z. Numărul complex z se numește afixul punctului M.

Modulul numărului complex z este modulul vectorului de poziție al punctului M:

z=OM=OM=a2+b2.

Dacă punctul A este imaginea geometrică a numărului complex z1 și punctul B este imaginea geometrică a numărului complex z2, atunci lungimea segmentului [AB] este:

AB=z1-z2.

 

Forma trigonometrică a unui număr complex

Fie z, z=a+bi, a, b.

Forma trigonometrică a numărului complex z este:

z=rcost+isint

unde 

r=z=a2+b2t =arg(z) [0,2π)  argument redus.

Numerele r și t se numesc coordonate polare (r este raza polară, iar t argumentul polar).

Mulțimea tuturor argumentelor numărului complex z este:

Argz=t+2kπ  k.

Pentru a determina agumentul redus, vom tine cont de cadranul în care este situată imaginea geometrică a numărului complex. Notăm cu M(a,b) imaginea geometrică a numărului z.

MCadr. I    t=arctgbaMCadr. II   t=π-arctgbaMCadr. III   t=π+arctgbaMCadr. IV    t=2π-arctgba.

 

Înmulțirea numerelor complexe

Fie z1, z2 ,z1=r1cost1+isint1z2=r2cost2+isint2.

Atunci

z1·z2=r1r2cost1+t2+isin(t1+t2)z1·z2=r1·r2=z1·z2argz1·z2=t1+t2, dacă t1+t2[0,2π)t1+t2-2π, dacă t1+t2[2π,4π).

Dacă avem n numere complexe, atunci produsul acestora va fi:

z1·z2·...·zn=r1r2...rncost1+t2+...+tn+isint1+t2+...+tn.

Rădăcina de ordin n dintr-un număr complex

Fie z*, z=rcos t+isin t, n, n2.

Un număr complex u=ρcos θ+isin θ este rădăcină de ordin n a numărului complex z dacă un=z.

Există n rădăcini distincte ale numărului complex z și acestea sunt:

uk=rncost+2kπn+isint+2kπn, k=0,n-1¯.