Комплексні числа

Информация - Математика и статистика

Другие материалы по предмету Математика и статистика

°ння комплексних чисел

Віднімання комплексних чисел означають як дію, обернену до додавання, коли за даною сумою й одним з доданків знаходять другий, невідомий доданок.

Означення. Різницею двох комплексних чисел z?= a + b? і z? = c + d? називається таке комплексне число z?= x+y? , яке в суммі з z? дає z?.

Отже, z?- z?= z?, якщо z? + z?= z?. можливість дії віднімання комплексних чисел та її однозначність потребує доведення.

Доведемо, що для будь яких комплексних чисел z?= a + b? і z? = c + d? різниця z?- z? визначена і до того ж однозначно. Доведемо, що існує, і до того ж єдине, комплексне число z?= x+y?, яке в сумі з z? дає z?.

За означенням дії віднімання, (c + d?) + (x+y?) = a + b?. виконавши додавання в лівій частині рівності, дістанемо:

 

(c + x) + (d + y)? = a + b? (1).

 

З умови рівності двох комплексних чисел маємо:

 

c + x = a

d + y = b

 

Ця система має розвиток, і до того ж єдиний: x = a - c, y = b d. Отже, існує , і до того ж єдина, пара дійсних чисел (x, y), яка задовільняє рівняння (1), що і треба було довести. З доведеного випливає, що віднімання комплексних чисел виконують за таким правилом:

 

(a + b?) (c + d?) = (a - c) + (b d)?

 

Приклади: Виконати віднімання комплексних чисел.

1)(3+4?) (1+2?) = (3-1) + (4-2)? = 2 + 2?;

2)(-5+2?) (2+?) = (-5-2) + (2-1)? = -7+?;

3)(6+7?) (6-5?) = (6-6) + (7+5)? = 12?;

4)(0,3+2,5?) (-0,75+1,5?) = (0,3+0,75?) + (2,5-1,5?) = 1,05+?;

5)(2-2?) (2+3?) = (2-2) + (-2-3)? = -5?;

6)1+1/2) (1/4-3/5) = (1/3-1/4) + (1/2+3/5) = 1/12 + 11/10.

 

в) Множення комплексних чисел

Означення. Добутком двох комплексних чисел a + b? і c + d? називається комплексне число (ac - bd) + (ad + bc)? . Суть і доцільність цьго означення стане зрозумілою, якщо взяти до уваги, що цей добуток утворений так, як виконується множення двочленів з дійсними коефіцієнтами, а саме (a + b?)( c + d?) = ac + ad? + bc? + bd? = ac + (ad + bc)? + bd?. Замінюючи, за означенням, ?на 1, дістанемо: bd? = -bd . Відокремивши дійсну частину від уявної, остаточно матимемо:

 

(a + b?)( c + d?) = (ac - bd) + (ad + bc)? (2)

 

Формулу (2) не слід намагатися механічно запамятати. Під час множення комплексних чисел треба користуватись відомим правилом множення двочленів a + b? і c + d? з наступною заміною ?на 1.

Приклади: Виконити множення комплексних чисел.

1) (4-5?)(3+2?) = 12+8? -15? -10?= 12+10-7? =22-7?;

2)(3-?)(2+5?) = 6-2?+15?-5 ?= (6+5) + (15-2)?;

3)8?х3?х3 = -243;

4)(2-?)(-5) = -10+5?;

5)(-4-3?)(-6?) = -18+24?.

Дія множення комплексних чисел підлягає основним законам множення, встановленим для дійсних чисел: переставному і сполучному.

Знайдемо добуток двох спряжених комплексних чисел. Маємо: (a + b?)( a - b?) = a - (b?) = a -b? = a + b, тобто (a + b?)( a - b?) = a + b.

Приклади: Обчислити добуток.

1)(3+5?)(3-5?) = 9+25 = 34;

2)(2+?)(2-?) = 4+1 = 5;

3)(4+3?)(4-3?) = 16+3 = 19;

4)(х+у?)( х-у?) = х+у;

5)(3/4+2/5?)(3/4-2/5?) = 9/16+4/25 = 289/400.

Читаючи рівність (a + b?)( a - b?) = a + b справа наліво, робимо висновок, що сумму квадратів будь яких двох чисел можна подати у вигляді добутку комплексно спряжених множників.

Приклади: Розкласти на множники двочлени.

1)а+9 = (а+3?)(а-3?);

2)16m+25n = (4m+5n?)(4m-5n?);

3)49+36 = (7+6?)(7-6?);

4)а+16 = (а+4?)( а-4?);

5)в+7 = (в+7?)( в-7?).

г) Ділення комплексних чисел.

Ділення комплексних чисел означають як дію, обернену до дії множення, коли за даним добутком і одним з множників знаходять другий, невідомий множник. Причому в множині комплексних чисел залишається вимога, щоб дільник був відмінним від нуля.

Означення. Часткою комплексних чисел z? = a + b? та z? = c + d? називеється таке комплексне число z?= x+y?, яке при множенні на z? дає z?.

Можливість ділення комплексних чисел і його однозначність потребує доведення.

Доведемо, що частка комплексних чисел z? = a + b? та z? = c + d? визначена і до того ж однозначно, якщо c + d?? 0+0?. Отже, доведемо, що за умови існує, і до того ж єдине, комплексне число z?= x+y?, яке при множенні на z? дає z?. За означенням дії ділення, (c + d?)( x+y?) = a + b?. Виконавши в лівій частині цієї рівності дію множення, дістанемо: (c x - dy) + (cy +d x)? = a + b?.

З умови рівності двох комплексних чисел випливає:

 

c x - dy= a

cy +d x=b

 

Система має єдиний розвязок:

 

x= (a c +bd)\( c+d);

y = (bc- ad)\( c+d).

 

Із доведення випливає, що ділення ккомплексних чисел відбувається за таким правилом:

 

(a + b?)\( c + d?) = (a c +bd)\( c+d) + (bc- ad)?\( c+d).

 

Цей результат можна дістати, помноживши ділене і дільник на число, спряжене до дільника. Покажемо це:

 

(a + b?)\( c + d?) = (a + b?)( c - d?)\( c + d?)( c - d?) = ((a c +bd) + (bc- ad)? )\( c+d) = (a c +bd)\( c+d ) + ((bc- ad)?)\( c+d).

Цим принципом користуються під час розвязування вправ на ділення комплексних чисел.

Приклади. Знайти частку комплексних чисел.

а) (2+5?)/(3-2?) = (2+5?)(3+2?)/(3-2?)(3+2?) = (-4+19?)/13 = -4/13+19?/13;

б) (3+?)/? = (3+?)(-?)/? = 1-3?;

д) піднесення комплексних чисел до степеня.

За означенням, ? = ?, ?= - 1.

Користуючись рівністю ?= - 1, визначеко кілька послідовних ступенів уявної одиниці:

? =??= - 1?= -?; ? = ?? = -??= 1; ?=??=?; ?=??=-1; ?=??=-?; ?=-??=1.

Оскільки ?=1, то значення степенів періодично повторюються із збільшенням показника на 4. Так, ?= ? =-1, ?=? =-?, ? =? = 1і так далі.

Означення. Щоб піднести число до степеня з натуральним показником n, треба показник сепеня поділити на 4 і піднести до степеня, показник якого дорівнює остачі від ділення.

Приклади. Піднести до степеня:

а) ? = ? =? = ?? =-? ;

б) ? = ? = ? = ?= -1;

в) ? =? = ? = -?.

Правила піднесення до степеня уявної одиниці застосов?/p>