Комплексни бројеви 1

Комплексни број. Имагинарна јединица.Једноставни примери.

Једначина x2=−1x^2 = -1 нема решење међу реалним бројевима, јер квадрат реалног броја није негативан. Зато се уводи имагинарна јединица ii, број за који важи i2=−1i^2 = -1. Помоћу ње кореновање се проширује на негативне бројеве: −a=ia\sqrt{-a} = i\sqrt a за a>0a > 0, на пример −16=4i\sqrt{-16} = 4i и −5=i5\sqrt{-5} = i\sqrt 5. Број облика a+bia + bi, где су aa и bb реални бројеви, зове се комплексан број.

Степени броја ii понављају се са периодом 4: i1=ii^1 = i, i2=−1i^2 = -1, i3=−ii^3 = -i, i4=1i^4 = 1. За велики изложилац гледајте остатак при дељењу са 4: i27=i24⋅i3=−ii^{27} = i^{24} \cdot i^3 = -i. Честа грешка: −4⋅−9\sqrt{-4} \cdot \sqrt{-9} није 36=6\sqrt{36} = 6, него 2i⋅3i=6i2=−62i \cdot 3i = 6i^2 = -6.

1i−1−iiⁿ
1
Остатак n : 4
1
Реални део од iⁿ
0
Имагинарни део од iⁿ
1
Кад nn повећате за 1, тачка ini^n се окрене за 90∘90^\circ око координатног почетка: множење са ii је окрет. После четири корака враћа се у 1, зато је i4=1i^4 = 1, а ini^n зависи само од остатка при дељењу nn са 4.

Електроинжењери наизменичну струју и напон рачунају комплексним бројевима, а исти рачун користи обрада звука и сигнала у телефонима и Wi-Fi уређајима.

Карданова загонетка

Италијански математичар Ђироламо Кардано је 1545. године тражио два броја чији је збир 10, а производ 40. Покажите да таква два реална броја не постоје и нађите их међу комплексним бројевима облика 5+t5 + t и 5−t5 - t.

Решење

  1. Бројеви 5+t5 + t и 5−t5 - t увек имају збир 10. Њихов производ је (5+t)(5−t)=25−t2(5 + t)(5 - t) = 25 - t^2.
  2. За реално tt је t2≥0t^2 \ge 0, па производ није већи од 25. Производ 40 захтева t2=−15t^2 = -15, а то ниједан реалан број не испуњава.
  3. Са имагинарном јединицом: за t=i15t = i\sqrt{15} је t2=i2⋅15=−15t^2 = i^2 \cdot 15 = -15.
  4. Провера: (5+i15)+(5−i15)=10(5 + i\sqrt{15}) + (5 - i\sqrt{15}) = 10 и (5+i15)(5−i15)=25−(−15)=40(5 + i\sqrt{15})(5 - i\sqrt{15}) = 25 - (-15) = 40.

Одговор: Тражени бројеви су 5+i155 + i\sqrt{15} и 5−i155 - i\sqrt{15}: збир им је 10, а производ 40.

Задатак за вежбу

Израчунајте i43i^{43} и −49+−4−−1\sqrt{-49} + \sqrt{-4} - \sqrt{-1}.

Прикажи решење

43=4⋅10+343 = 4 \cdot 10 + 3, па је i43=i3=−ii^{43} = i^3 = -i. Други израз: 7i+2i−i=8i7i + 2i - i = 8i.