Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТФКП1.doc
Скачиваний:
186
Добавлен:
26.09.2019
Размер:
5.25 Mб
Скачать

2. Геометрическая интерпретация комплексного числа.

Модуль и аргумент комплексного числа

В ыберем на плоскости систему координат. Между точками пространства и точками координатной плоскости можно установить взаимно-однозначное соответствие: z=x+i·y=(x;y)M(x;y).

Т огда точку М(х;у) можно рассматривать как изображение комплексного числа z=x+i·y. При таком отображении действительные числа изображаются точками оси абсцисс. Ось ОХ называется действительной осью. Чисто мнимые комплексные числа изображаются точками оси ординат. Ось ОУ – мнимая ось. Плоскость, точки которой изображают комплексные числа, называется комплексной плоскостью.

Комплексные числа z и z изображаются точками, симметричными относительно начала координат. Комплексные числа z и – точками, симметричными относительно ОХ.

Можно установить взаимно-однозначное соответствие между точками пространства и множеством радиус-векторов точек координатной плоскости. То есть комплексное число z изображается вектором с началом в точке О и концом в точке z. При таком изображении комплексного числа z=x+i·y, числа x и у – проекции радиус-вектора z на оси координат.

Расстояние от точки О(0,0) до точки z равно = .

Определение. Модулем комплексного числа z=x+i·y называется действительное неотрицательное число |z|= .

Отсюда видно, что

|z|≥|x|=|Rez|, |z|≥|y|=|Imz|, |z|≤|Rez|+|Imz|.

И сходя из векторной интерпретации комплексных чисел, можно дать геометрическое истолкование сложения и вычитания комплексных чисел как сложение и вычитание соответствующих радиус-векторов. Расстояние между точками z1 и z2 равно |z1-z2|.

Пусть r длина радиус-вектора z (r=|z|), a φ - угол между положительным направлением оси ОХ и вектором z, то есть (r;φ) – полярные координаты точки M(x;y), z=x+i·y. Число φ называется аргументом комплексного числа z и обозначается: Arg z (-∞<φ< ∞).

Для числа z=0 аргумент не определён.

Для любого комплексного числа (кроме z=0) Arg z может быть найден из системы

которая имеет, вообще говоря, бесконечное множество решений. Все они содержатся в формуле φ=φ0+2πk, k , где φ0–одно из решений системы.

Значение φ0, удовлетворяющее условию <φ0<π , называется главным значением аргумента и обозначается: arg z. Таким образом,

Arg z=argz+2πk, k .

Так как x=rcosφ, y=rsinφ, то

z=x+i·y=rcosφ+i·rsinφ,

z=r(cosφ+i·sinφ) -

тригонометрическая форма записи комплексного числа.

Действия с комплексными числами, записанными в тригонометрической форме

Пусть α=r(cosφ+i·sinφ), β=ρ(cosψ+i·sinψ).

1) α·β=rρ(cosφ+i·sinφ)·(cosψ+i·sinψ)=

=rρ(cosφcosψ-sinφsinψ+i(sinφcosψ+cosφsinψ))=rρ(cos(φ)+sin(φ)).

То есть

·β|=r·ρ=|α|·|β|, Arg(α·β)=φ+ψ=Argα+Argβ.

Модуль произведения двух комплексных чисел равен произведению их модулей, аргумент произведения двух комплексных чисел равен сумме аргументов сомножителей.

Это правило распространяется на случай любого конечного числа сомножителей.

2) В частности, если все сомножители равны, получим

|αⁿ|=|α|ⁿ, Arg(α)=nArg(α), или

α=(r(cosφ+isinφ))ⁿ=r(cos()+isin()) – формула Муавра.

3) Пусть α ≠0. Корнем натуральной степени из комплексного числа α называется такое комплексное число β, которое будучи возведено в n-ю степень даёт число α, то есть βn=α.

Очевидно, | |= , .

Или если α= r(cosφ+i·sinφ), то

= , k = 0, 1, 2, …, n-1, -π<φπ.

То есть среди значений различными являются только n. Геометрически они изображаются вершинами правильного n-угольника, вписанного в окружность с центром в точке О(0;0), радиуса .

4) Так как по определению частного , то из 1) следует |β|= , Argβ=Arg +Argα. Отсюда

= , Arg =Argβ-Argα.

Модуль частного двух комплексных чисел равен частному их модулей, аргумент частного двух комплексных чисел равен разности аргументов делимого и делителя.

5) Используя геометрическую интерпретацию комплексных чисел с помощью радиус-векторов, легко получить соотношения для модуля суммы и разности двух комплексных чисел.

|α+β|≤|α|+|β| Так как |α|+|β-α|≥|β| и |β|+|β-α|≥|α|, то из

|β-α|≥|β|-|α| и |β-α|≥|α|-|β| следует

|β-α|≥||β|-|α||.

Имеет место соотношение

e=cosφ+i·sinφ – формула Эйлера (более общий вид – позже).

Отсюда получается показательная форма записи комплексного числа

z=re.

В показательной форме операции над комплексными числами принимают более наглядный вид.

Пусть α= re, β=ρe. Тогда

α β=rρei(φ),

αⁿ=r einφ,

= ,-π<φπ, k=1, 2, …, n-1,

= , α0.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]