Trzy postacie liczby zespolonej

Liczba zespolona a + bi to punkt płaszczyzny zespolonej: a na osi rzeczywistej, b na urojonej. Ten sam punkt opisuje odległość od początku układu, moduł r = √(a² + b²), oraz kąt z osią rzeczywistą, argument θ. Stąd postać trygonometryczna r(cos θ + i sin θ) i wykładnicza r·e^(iθ).

Każda postać do czegoś się przydaje. Sumy i różnice liczy się w postaci algebraicznej, składowa po składowej. Iloczyny i ilorazy są prostsze w postaci wykładniczej: moduły się mnoży, argumenty dodaje. Na przykład (1 + i)⁸: moduł √2 do ósmej daje 16, argument π/4 razy osiem daje 2π, a wynik to 16.

Pierwiastki n-tego stopnia to n punktów na okręgu: wszystkie o module ⁿ√r i argumentach (θ + 2kπ)/n, oddalonych o 2π/n. Trzy pierwiastki trzeciego stopnia z 1 to 1 oraz −1/2 ± (√3/2)i, wierzchołki trójkąta równobocznego.

Częste błędy

  • Liczenie argumentu jako arctg(b/a) bez sprawdzenia ćwiartki: −1 − i ma argument −3π/4, a nie π/4.
  • Zapominanie, że i² = −1 w iloczynach: (3 + 4i)(1 − 2i) = 3 − 6i + 4i + 8 = 11 − 2i.
  • Znajdowanie tylko jednego pierwiastka n-tego stopnia: w liczbach zespolonych jest ich zawsze dokładnie n.

Najczęstsze pytania

Jak dzielić przez liczbę zespoloną?

Mnoży się licznik i mianownik przez sprzężenie mianownika: mianownik staje się liczbą rzeczywistą a² + b². Albo w postaci wykładniczej dzieli się moduły i odejmuje argumenty.

Czym jest wzór Eulera?

To e^(iθ) = cos θ + i sin θ, pomost między postacią wykładniczą a trygonometryczną. Dla θ = π daje e^(iπ) + 1 = 0.

Do czego służą liczby zespolone?

W elektrotechnice przedstawiają napięcia i prądy przemienne jako wskazy, w przetwarzaniu sygnałów opisują częstotliwości i fazy, a w matematyce gwarantują, że każdy wielomian stopnia n ma n pierwiastków.

Jak działa to obliczenie

z = a + bi; moduł r = √(a² + b²); argument θ = atan2(b, a), w (−π, π]. Postać trygonometryczna r(cos θ + i sin θ), wykładnicza r·e^(iθ). Iloczyn: (a + bi)(c + di) = (ac − bd) + (ad + bc)i. Iloraz: mnożąc przez sprzężenie c + di. Potęga (de Moivre): zⁿ = rⁿ(cos nθ + i sin nθ). Pierwiastki: wₖ = ⁿ√r·e^(i(θ + 2kπ)/n), k = 0 … n − 1.