Комплексные числа в алгебраической форме
Определение комплексного числа
Комплексным числом называется выражение вида , где — действительные числа ; — число, квадрат которого равен минус единице ; число обозначается .
Числа и при этом называются соответственно действительной и мнимой частью комплексного числа и обозначаются ; — мнимая единица.
Выражение называется алгебраической формой записи комплексного числа; знаки между составляющими числа — обычные знаки операций сложения и умножения, которые обладают теми же свойствами, что и в действительной области.
Множество комплексных чисел обозначается , а — элемент данного множества.
Из определения следует, что действительные числа можно рассматривать как частный случай комплексных, т.е. , а именно при получаем — действительное число.
Число называется чисто мнимым.
Пример 1.1. Записать действительную и мнимую части чисел: .
Решение. .
Равенство комплексных чисел
Комплексные числа и называются равными, если у них соответственно равны действительные и мнимые части:
(1.1)
Сопряженные комплексные числа
Комплексные числа называются сопряженными, если у них равны действительные чисти, и мнимые противоположны по знаку. Число, сопряженное числу , обозначается . Определение сопряженных чисел можно записать и виде равенств:
(1.2)
Из определения, в частности, следует, что число, сопряженное действительному числу, совпадает с ним: .
Пример 1.2. Записать числа, сопряженные комплексным числам из примера 1.1.
Решение. Используя равенства (1.2), получаем:
Комплексная плоскость
Из определения комплексного числа как упорядоченной пары действительных чисел (см. введение) получаем, что задание комплексного числа можно рассматривать как задание точки на плоскости, абсциссой которой является , ординатой , т.е. числу соответствует точка . Между множеством точек плоскости и множеством комплексных чисел (множество ) устанавливается взаимно однозначное соответствие: каждой точке соответствует единственное число , каждому числу соответствует единственная точка с координатами ; плоскость при этом называется комплексной плоскостью (плоскость ). На рис. 1.1 отмечены точки, соответствующие комплексным числам из примера 1.2.
Используя геометрическую интерпретацию комплексных чисел как точек плоскости, убеждаемся в справедливости утверждения, что комплексные числа не сравниваются, т.е. на множестве не определены операции сравнения (не имени места знаки ). Это следует из того, что множество точек плоскости не упорядочено.
Понятие бесконечности на множестве комплексных чисел
Как и в действительной области, на множестве комплексных чисел вводится понятие бесконечности, бесконечно удаленной точки. Это можно сделать по аналогии с множеством действительных чисел из геометрических соображений.
Рассмотрим числовую прямую и окружность , которая касается прямой в точке ; точку, диаметрально противоположную точке , обозначим (рис. 1.2,б).
Будем соединять прямыми различные точки оси с точкой ; точки пересечения прямых с окружностью будем обозначать . Очевидно, каждой точке соответствует точка . Обратное справедливо для всех точек окружности, за исключением точки . Но по мере удаления по прямой от точки (с увеличением расстояния, равного ), ее образ на окружности приближается к точке . Для последовательности такого вида в анализе принято название бесконечно большая последовательность (величина). Ее предел обозначается и называется бесконечностью или бесконечно удаленной точкой. Поэтому точку можно рассматривать как образ бесконечно удаленной точки на окружности, а бесконечность — как “точку” оси , образом которой на окружности является точка .
По аналогии рассмотрим плоскость (плоскость ) и сферу , касающуюся ее в начале координат, т.е. в точке (рис. 1.2,а). Лучи, соединяющие точки с точкой пересекают сферу в точках . При этом любой точке соответствует единственная точка , и наоборот, любой точке соответствует единственная точка . Очевидно, чем дальше расположена точка от начала координат ( — длина радиуса-вектора точки ), тем ближе ее образ к точке . Чтобы соответствие было полным, вводится “несобственный” элемент (символ ) , бесконечно удаленная точка как точка плоскости, образом которой на является точка .
Плоскость , дополненная элементом , называется расширенной комплексной плоскостью и обозначается .
Построенное взаимно однозначное соответствие точек сферы и множества называется стереографической проекцией, а сфера — сферой Римана.
Сложение комплексных чисел
Суммой двух комплексных чисел и называется число такое, что справедливы равенства
, то есть .
Обозначение:.
Правило сложения: при сложении комплексных чисел складываются действительные и мнимые части соответственно.
Пример 1.3. Найти сумму чисел и , и , где .
Решение.
Вычитание комплексных чисел
Разностью чисел и называется число такое, что . Обозначение: . Используя правило сложения, получаем для нахождения разности равенства .
Правило вычитания. При нахождении разности из действительной и мнимой частей уменьшаемого вычитаются соответственно действительная и мнимая части вычитаемого:
Пример 1.4. Найти разность для чисел из примера 1.3.
Решение.
Умножение комплексных чисел
Произведением чисел и называется число такое, что выполняются равенства . Обозначение: .
Нетрудно убедиться, что эти равенства имеют место, если произвести формальное перемножение выражений и , как двучленов:
Правило умножения. Комплексные числа перемножаются, как двучлены, при этом учитывается, что .
Пример 1.5. Найти произведение комплексных чисел и .
Решение.
Пример 1.6. Найти сумму и произведение пары комплексных сопряженных чисел
Решение. Для чисел получаем
Результат решения примера можно сформулировать как свойство: сумма и произведение сопряженных комплексных чисел — числа действительные.
Деление комплексных чисел
Частным от деления числа на называется число , такое, что справедливо равенство . Обозначение: . Задача нахождения частного сводится к определению и из системы
При нахождении частного удобно использовать свойство произведения сопряженных чисел.
Правило деления. Чтобы разделить число на следует числитель и знаменатель дроби умножить на число , сопряженное знаменателю.
Пример 1.7. Найти частное от деления комплексного числа на .
Решение.
Возведение комплексного числа в степень
Возведение комплексного числа в степень — это нахождение произведения сомножителей, каждый из которых равен , т.е. .
Правило возведения в степень. При возведении в степень числа (нахождении и ) используется правило возведения в степень двучлена , в общем случае применяется формула бинома Ньютона:
, где .
Пример 1.8. Найти различные степени числа , то есть .
Решение. Имеем . Замечая закономерность, получаем для следующие значения:
Пример 1.9. Найти мнимую и вещественную части комплексных чисел: .
Решение.
Пример 1.10. Возвести комплексное число в пятую степень.
Решение. Используем формулу бинома Ньютона при
Извлечение корня из комплексного числа
Корнем n-й степени из комплексного числа называется число , такое, что . Обозначение: .
Правило извлечения корня. Для извлечения корня (нахождения и ) следует, используя определение корня и правило возведения в степень, составить и решить систему уравнений относительно искомых и :
Пример 1.11. Извлечь корень .
Решение. Обозначим , тогда , или . Используя условие равенства комплексных чисел, записываем систему
Решая ее, находим
В результате получаем два значения квадратного корня: и .
Свойства операции комплексного сопряжения
Используя определение сопряженных чисел и правила нахождения суммы, произведения, частного комплексных чисел, можно установить справедливость следующих свойств операции комплексного сопряжения:
В двух последних равенствах и — многочлены с действительными коэффициентами степени и соответственно.
Пример 1.12. Вычислить , если и .
Решение. Используя свойство 4 из пункта 7, находим
Далее, производя деление, записываем число в алгебраической форме:
и подставляем в выражение для . Получаем
поэтому . Окончательно имеем: .
Математический форум (помощь с решением задач, обсуждение вопросов по математике).
Если заметили ошибку, опечатку или есть предложения, напишите в комментариях.
Комплексно сопряженные числа
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Сопряженное (или комплексно сопряженное) число с комплексным числом (
z=x+i y
) является числом (
overline{z}=x-i y
)
ПРИМЕР
поиска для комплексного числа (
z=-34-i
) является его сопряженное число.
Комплексное сопряженное число является числом вида (
overline{z}=x-i y
) . Вещественной частью комплексного числа (
z=-34-i
) является число (
x=operatorname{Re}
), (
z=-34
), мнимая часть равна (
y=operatorname{lm}
), (
z=-1
).
Следовательно, сопряженное число имеет вид: (
overline{z}=-34+i
)
(
overline{z}=-34+i
)
На комплексной плоскости сопряженные числа зеркалируются относительно оси действительных чисел.
Свойства комплексно-сопряженных чисел
1. (
|z|=|z|
), т. е. модули сопряженных чисел равны.
Например.
Модуль комплексного числа (
z=-4+i
) равен (
r=sqrt{(-4)^{2}+1^{2}}=sqrt{17}
). Присоединенным к комплексному числу является число (
z=-4-i
), модуль (
r=sqrt{(-4)^{2}+(-1)^{2}}=sqrt{17}
) которого равен модулю исходного числа.
2. (
arg z=-arg overline{z}
) т. е. Аргументы сопряженных чисел различаются по знаку.
3. (
overline{overline{z}}=z
) т. е. Комплексное сопряженное сопряженное число является исходным комплексным числом.
4. (
z cdot overline{z}=|z|^{2}
) т. е. В результате произведения сопряженных чисел получается вещественное число.
5.(
z+overline{z}=2 operatorname{Re} z
) т. е. Сумма сопряженных чисел также является вещественным числом.
6.(
overline{z_{1} cdot z_{2}}=overline{z_{1}} cdot overline{z_{2}}
) т. е. Сопряженное произведение двух комплексных чисел является произведением их сопряженных чисел.
7.(
overline{z_{1} div z_{2}}=overline{z_{1}} div overline{z_{2}}
) т. е. Сопряженное к ним частное число есть фактор сопряженного.
Примеры решения проблем
ПРИМЕР 1
Чтобы умножить комплексное число (
z=4-7 i
) на его сопряженное.
Сопряженное с номером (
z=4-7 i
) – это число (
z=4+7 i
). Найдите произведение двух чисел:
(
z cdot overline{z}=(4-7 i) cdot(4+7 i)=4 cdot 4+(-7) cdot 7 cdot i^{2}+i(4 cdot 7-7 cdot 4)=65
)
(
z cdot overline{z}=65
)
ПРИМЕР 2
Чтобы найти сопряженное к частному два комплексных числа: (
z 1=1-3 i
), (
z 2=2+5 i
).
Фактор комплексных чисел определяется путем умножения числителя и знаменателя на сопряженное число:
(
z_{1} div z_{2}=frac{1-3 i}{2+5 i}=frac{(1-3 i)(2-5 i)}{(2+5 i)(2-5 i)}=frac{1 cdot 2-3 cdot 5}{2^{2}+5^{2}}+i frac{-5 cdot 1-3 cdot 2}{2^{2}+5^{2}}=-frac{13}{29}-i frac{11}{29}
)
Сопряженным числом для конкретного будет число (
-frac{13}{29}+i frac{11}{29}
)
Мы получим тот же результат, если найдем фактор сопряженных чисел (
z rceil=1-3 i
), (
z 2=2+5 i
):
(
overline{z_{1}} div overline{z_{2}}=frac{1+3 i}{2-5 i}=frac{(1+3 i)(2+5 i)}{(2-5 i)(2+5 i)}=frac{1 cdot 2-3 cdot 5}{2^{2}+5^{2}}+i frac{5 cdot 1+3 cdot 2}{2^{2}+5^{2}}=-frac{13}{29}+i frac{11}{29}
)
(
overline{z_{1} div z_{2}}=-frac{13}{29}+i frac{11}{29}
)
Пусть нам даны
два комплексных числа
,
.
Докажем
следующие свойства.
1)
.
Число, комплексно
сопряженное к сумме комплексных чисел,
равно сумме комплексно сопряженных
чисел.
Действительно,
так как
,
то
.
(2)
С другой стороны,
.
(3)
Из (2), (3) и следует
доказательство свойства 1.
2)
.
Число, комплексно
сопряженное к произведению двух
комплексных чисел, равно произведению
комплексно сопряженных чисел.
Действительно,
так как
,
то
.
(4)
С другой
стороны, так как
,
,
то
.
(5)
Из формул (4), (5) и
следует доказательство свойства 2.
3)
.
Число, комплексно
сопряженное к частному двух комплексных
чисел, равно частному комплексно
сопряженных чисел.
Так как
,
то
.
(6)
С другой стороны,
.
(7)
Из формул (6), (7)
следует доказательство свойства 3.
4. Тригонометрическая форма комплексного числа
На комплексной
плоскости часто рассматриваются также
полярные
координаты.
Чтобы задать полярную систему координат,
выбирают точку
(полюс)
и выходящий из этой точки луч
(полярную
ось).
Модулем
комплексного числа
называется число
.
Пусть
,
тогда угол между положительным
направлением полярной оси и
радиус-вектором числа
называется аргументом
числа
:
,
.
Угол
измеряется в радианах и откладывается
против часовой стрелки. Очевидно, что
и, следовательно,
.
Числу
может быть приписан любой аргумент.
Im
z
r
О
Re
z
З а м е ч а н и е.
Пару чисел
часто
называют полярными
координатами комплексного числа
.
Таким образом,
каждому комплексному числу
можно поставить в соответствие пару
.
Найдем связь между
полярными и комплексными координатами
числа
.
Очевидно, что
,
и,
следовательно,
.
Запись комплексного
числа
в виде
называется тригонометрической
формой
комплексного числа.
З а м е ч а н и я.
1. Аргумент
комплексного числа всегда
одинаковый
у синуса и косинуса, его
менять нельзя!
2. В тригонометрической
форме комплексного числа между
действительной и мнимой частями всегда
стоит знак
“+” !
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
The conjugate refers to the change in the sign in the middle of the binomials. For example, the conjugate of X+Y is X-Y, where X and Y are real numbers. In case of complex numbers which involves a real and an imaginary number, it is referred to as complex conjugate. For example, the complex conjugate of X+Yi is X-Yi, where X is a real number and Y is an imaginary number. Use this online algebraic conjugates calculator to calculate complex conjugate of any real and imaginary numbers.
Calculate Complex Conjugate of Real and Imaginary Numbers
The conjugate refers to the change in the sign in the middle of the binomials. For example, the conjugate of X+Y is X-Y, where X and Y are real numbers. In case of complex numbers which involves a real and an imaginary number, it is referred to as complex conjugate. For example, the complex conjugate of X+Yi is X-Yi, where X is a real number and Y is an imaginary number. Use this online algebraic conjugates calculator to calculate complex conjugate of any real and imaginary numbers.
Code to add this calci to your website
Formula:
z = a + bi = a – bi
Where,
a – Real Part of z
b – Imaginary Part of z
Example:
The complex conjugate of 3 + 8i is 3 – 8i
В данной публикации мы рассмотрим, что такое комплексно сопряженные числа, а также перечислим их основные свойства. Представленная теоретическая информация сопровождается практическими примерами для лучшего понимания.
- Определение комплексно сопряженных чисел
- Свойства комплексно сопряженных чисел
Определение комплексно сопряженных чисел
Дано комплексное число z = a + bi. Комплексно сопряженным к нему является число z = a – bi (для обозначения используется черточка сверху).
Таким образом, у комплексно сопряженных чисел действительные части одинаковые, а мнимые отличаются по знаку.
Пример:
Для числа z = 3 + 2i комплексно сопряженным является z = 3 – 2i.
Геометрическая интерпретация
Если перенести комплексно сопряженные числа на комплексную плоскость, то они будут зеркальным отражением друг друга относительно действительной оси (RE).
Свойства комплексно сопряженных чисел
1. Если z = z, значит число z является действительным.
Пример:
z = 2, значит z ∈ R, следовательно z = 2, т.е. z = z.
2. Модули комплексно сопряженных чисел равны, т.е. |z| = |z|. А так как такие числа на комплексной плоскости зеркальны, то их аргументы отличаются по знаку.
3. Сумма комплексно сопряженных чисел – это действительное число: z + z = 2 RE z.
Пример:
z = 5 + 2i
z = 5 – 2i
z + z = 5 + 2i + 5 – 2i = 5 + 5 = 10, а 10 ∈ R.
4. Произведение комплексно сопряженных чисел равняется квадрату их модуля и является действительным числом: z ⋅ z = |z|2 ∈ R.
Пример:
z = 6 – 4i
z = 6 + 4i
z ⋅ z = (6 – 4i)(6 + 4i) = 36 + 24i – 24i – 16i2 = 36 – 16 ⋅ (-1) = 52, а 52 ∈ R.
Модуль считается так:
5. Для z = a + bi и z = a – bi справедливо:
6. Для произвольных комплексных чисел z1 и z2: