Комплексные числа ( тригонометрическая и показательная форма записи)

Содержание

Слайд 2

Геометрическое изображение комплексных чисел

Всякое комплексное число z=x+iy можно изобразить точкой M(x;y)

Геометрическое изображение комплексных чисел Всякое комплексное число z=x+iy можно изобразить точкой M(x;y)
плоскости xOy такой, что х = Re z, у = Im z. И, наоборот, каждую точку M(x;y) координатной плоскости можно рассматривать как образ комплексного числа z=x+iy (рисунок 1).

Плоскость, на которой изображаются комплексные числа, называется комплексной плоскостью.

Рисунок 1

Ось абсцисс называется действительной осью, так как на ней лежат действительные числа z=x+0i=x .
Ось ординат называется мнимой осью, на ней лежат мнимые комплексные числа z=0+yi=yi.

содержание

Слайд 3

Часто вместо точек на плоскости берут их радиус-векторы
т.е. векторы, началом которых

Часто вместо точек на плоскости берут их радиус-векторы т.е. векторы, началом которых
служит точка O(0;0), концом M(x;y) .

Длина вектора изображающего комплексное число z, называется модулем этого числа и обозначается | z| или r.

Величина угла между положительным направлением действительной оси и вектором изображающим комплексное число, называется аргументом этого комплексного числа, обозначается Arg z или φ.

Аргумент комплексного числа z=0 не определен.
Аргумент комплексного числа z≠0 - величина многозначная и определяется с точностью до слагаемого 2πk (k=0,-1,1,-2,2,..) :
Arg z=arg z+2 πk,
где arg z - главное значение аргумента, заключенное в промежутке (- π, π].

содержание

Слайд 4

Формы записи комплексных чисел

Запись числа в виде z=x+iy называют алгебраической формой

Формы записи комплексных чисел Запись числа в виде z=x+iy называют алгебраической формой
комплексного числа.

Из рисунка 1 видно, что x=rcosφ, y=rsinφ, следовательно, комплексное z=x+iy число можно записать в виде:

Такая форма записи называется тригонометрической формой записи комплексного числа.

Модуль r=|z| однозначно определяется по формуле

Аргумент φ определяется из формул

содержание

Слайд 5

При переходе от алгебраической формы комплексного числа к тригонометрической достаточно определить лишь

При переходе от алгебраической формы комплексного числа к тригонометрической достаточно определить лишь
главное значение аргумента комплексного числа, т.е. считать φ=arg z.

Так как то из формулы получаем, что
- для внутренних точек I, IV четвертей;
- для внутренних точек II четверти;
- для внутренних точек III четверти.

Пример 1. Представить комплексные числа и в тригонометрической форме.

содержание

Слайд 6

Решение. Комплексное число z=x+iy в тригонометрической форме имеет вид z=r(cosφ +isinφ), где

Решение. Комплексное число z=x+iy в тригонометрической форме имеет вид z=r(cosφ +isinφ), где

1) z1=1+i (число z1 принадлежит I четверти), x=1, y=1.

Таким образом,

2) (число z2 принадлежит II четверти)

Так как то

Следовательно,

Ответ:

содержание

Слайд 7

Рассмотрим показательную функцию w=ez, где z=x+iy - комплексное число.

Можно показать, что функция

Рассмотрим показательную функцию w=ez, где z=x+iy - комплексное число. Можно показать, что
w может быть записана в виде:

Данное равенство называется уравнением Эйлера.

Для комплексных чисел будут справедливы следующие свойства:

1)
2)
3)

где m – целое число.

Если в уравнении Эйлера показатель степени принять за чисто мнимое число (х=0), то получаем:

Для комплексно – сопряженного числа получаем:

содержание

Слайд 8

Из этих двух уравнений получаем:

Этими формулами пользуются для нахождения значений степеней

Из этих двух уравнений получаем: Этими формулами пользуются для нахождения значений степеней
тригонометрических функций через функции кратных углов.

Если представить комплексное число в тригонометрической форме
z=r(cosφ +isinφ)

и воспользоваться формулой Эйлера eiφ=cosφ+isinφ, то комплексное число можно записать в виде
z=r eiφ
Полученное равенство называется показательной формой комплексного числа.

содержание

Слайд 9

Действия над комплексными числами, заданными в тригонометрической форме

Рассмотрим два комплексных числа z1

Действия над комплексными числами, заданными в тригонометрической форме Рассмотрим два комплексных числа
и z2 , заданных в тригонометрической форме

а) Произведение комплексных чисел
Выполняя умножение чисел z1 и z2 , получаем

содержание

Слайд 10

б) Частное двух комплексных чисел
Пусть заданы комплексные числа z1 и z2 ≠

б) Частное двух комплексных чисел Пусть заданы комплексные числа z1 и z2
0.

Рассмотрим частное имеем

содержание

Слайд 11

Пример 5. Даны два комплексных числа

Найдите

Решение.
1) Используя формулу . получаем

Следовательно,

Пример 5. Даны два комплексных числа Найдите Решение. 1) Используя формулу .

2) Используя формулу . получаем

Следовательно,

Ответ:

содержание

Слайд 12

в) Возведение комплексного числа, заданного в тригонометрической форме в n-ю степень

Из операции

в) Возведение комплексного числа, заданного в тригонометрической форме в n-ю степень Из
умножения комплексных чисел следует, что

В общем случае получим:

(2)

где n– целое положительное число.

Следовательно, при возведении комплексного числа в степень модуль возводится в ту же степень, а аргумент умножается на показатель степени.

Выражение (2) называется формулой Муавра.

содержание

Слайд 13

Пример 6. Найти формулы sin2ϕ и cos2ϕ.

Решение.
Рассмотрим некоторое комплексное число
Тогда

Пример 6. Найти формулы sin2ϕ и cos2ϕ. Решение. Рассмотрим некоторое комплексное число
с одной стороны
По формуле Муавра:

Приравнивая, получим
Т.к. два комплексных числа равны, если равны их действительные и мнимые части, то

Получили известные формулы двойного угла.

содержание

Слайд 14

Извлечение корня п-ой степени из комплексного числа

Корнем п-ой степени из комплексного

Извлечение корня п-ой степени из комплексного числа Корнем п-ой степени из комплексного
числа z называется комплексное число w, удовлетворяющее равенству wn=z, т.е. если wn=z.

Если положить а то, по определению корня и формуле Муавра, получаем

Отсюда имеем

То есть

Поэтому равенство принимает вид

где (т.е. от 0 до n-1).

содержание

Слайд 15

Таким образом, извлечение корня n-ой степени из комплексного числа z всегда возможно

Таким образом, извлечение корня n-ой степени из комплексного числа z всегда возможно
и дает n различных значений. Все значения корня n-ой степени расположены на окружности радиуса с центром в нуле и делят эту окружность на n равных частей.

Пример 7. Найти все значения

Решение.
Вначале представим число в тригонометрической форме.

В данном случае x=1, , таким образом,

Следовательно,

Используя формулу

где k=0,1,2,…,(n-1), имеем:

содержание