Ján Buša Štefan Schrötter

Σχετικά έγγραφα
Komplexné čísla, Diskrétna Fourierova transformácia 1

Matematika Funkcia viac premenných, Parciálne derivácie

Goniometrické rovnice a nerovnice. Základné goniometrické rovnice

7. FUNKCIE POJEM FUNKCIE

1. Komplexné čísla. Doteraz ste pracovali s číslami, ktoré pochádzali z nasledovných množín:

Matematika 2. časť: Analytická geometria

6 Limita funkcie. 6.1 Myšlienka limity, interval bez bodu

Cvičenie č. 4,5 Limita funkcie

1. Limita, spojitost a diferenciálny počet funkcie jednej premennej

Funkcie komplexnej premennej

ALGEBRA. Číselné množiny a operácie s nimi. Úprava algebrických výrazov

Matematika prednáška 4 Postupnosti a rady 4.5 Funkcionálne rady - mocninové rady - Taylorov rad, MacLaurinov rad

Obvod a obsah štvoruholníka

Súčtové vzorce. cos (α + β) = cos α.cos β sin α.sin β cos (α β) = cos α.cos β + sin α.sin β. tg (α β) = cotg (α β) =.

STREDOŠKOLSKÁ MATEMATIKA

Úvod do lineárnej algebry. Monika Molnárová Prednášky

x x x2 n

Goniometrické substitúcie

3. prednáška. Komplexné čísla

Základné vzťahy medzi hodnotami goniometrických funkcií

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

Súradnicová sústava (karteziánska)

PREHĽAD ZÁKLADNÝCH VZORCOV A VZŤAHOV ZO STREDOŠKOLSKEJ MATEMATIKY. Pomôcka pre prípravný kurz

Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ M A T E M A T I K A

Goniometrické rovnice riešené substitúciou

Obsah. 1.1 Reálne čísla a ich základné vlastnosti Komplexné čísla... 8

Technická univerzita v Košiciach. Zbierka riešených a neriešených úloh. z matematiky. pre uchádzačov o štúdium na TU v Košiciach

Tomáš Madaras Prvočísla

Motivácia Denícia determinantu Výpo et determinantov Determinant sú inu matíc Vyuºitie determinantov. Determinanty. 14. decembra 2010.

MIDTERM (A) riešenia a bodovanie

1. písomná práca z matematiky Skupina A

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop

7 Derivácia funkcie. 7.1 Motivácia k derivácii

24. Základné spôsoby zobrazovania priestoru do roviny

Deliteľnosť a znaky deliteľnosti

Integrovanie racionálnych funkcií

Goniometrické funkcie

Ekvačná a kvantifikačná logika

TREDNÁ ODBORNÁ ŠKOLA STRÁŽSKE PRACOVNÝ ZOŠIT. k predmetu Matematika pre

23. Zhodné zobrazenia

PRÍPRAVNÝ KURZ ZO STREDOŠKOLSKEJ MATEMATIKY

Motivácia pojmu derivácia

FUNKCIE. Funkcia základné pojmy. Graf funkcie

Výrazy a ich úpravy. -17x 6 : -17 koeficient; x premenná; 6 exponent premennej x. 23xy 3 z 5 = 23x 1 y 3 z 5 : 23 koeficient; x; y; z premenné;

Cieľom cvičenia je zvládnuť riešenie diferenciálnych rovníc pomocou Laplaceovej transformácie,

FUNKCIE N REÁLNYCH PREMENNÝCH

Lineárna algebra I - pole skalárov, lineárny priestor, lineárna závislosť, dimenzia, podpriestor, suma podpriestorov, izomorfizmus

Príklady na precvičovanie Fourierove rady

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

MATEMATICKÁ OLYMPIÁDA

Goniometrické nerovnice

NUMERICKÁ MATEMATIKA. Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ. Fakulta elektrotechniky a informatiky

Matematika 2. časť: Funkcia viac premenných Letný semester 2013/2014

1.4 Rovnice, nerovnice a ich sústavy

Polynómy. Hornerova schéma. Algebrické rovnice

Funkcie - základné pojmy

Derivácia funkcie. Pravidlá derivovania výrazov obsahujúcich operácie. Derivácie elementárnych funkcií

Prechod z 2D do 3D. Martin Florek 3. marca 2009

4. Výrokové funkcie (formy), ich definičný obor a obor pravdivosti

Vektorový priestor V : Množina prvkov (vektory), na ktorej je definované ich sčítanie a ich

Metodicko pedagogické centrum. Národný projekt VZDELÁVANÍM PEDAGOGICKÝCH ZAMESTNANCOV K INKLÚZII MARGINALIZOVANÝCH RÓMSKYCH KOMUNÍT

4 Reálna funkcia reálnej premennej a jej vlastnosti

Reálna funkcia reálnej premennej

1 Polynómy a racionálne funkcie Základy Polynómy Cvičenia Racionálne funkcie... 17

3. Striedavé prúdy. Sínusoida

MATEMATICKÁ ANALÝZA 1

Definícia parciálna derivácia funkcie podľa premennej x. Definícia parciálna derivácia funkcie podľa premennej y. Ak existuje limita.

Numerické metódy Učebný text pre bakalárske štúdium

TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH STROJNÍCKA FAKULTA MATEMATIKA 1. Funkcia jednej premennej a jej diferenciálny počet

2 Chyby a neistoty merania, zápis výsledku merania

VLASTNÉ ČÍSLA A JORDANOV KANONICKÝ TVAR. Michal Zajac. 3 T b 1 = T b 2 = = = 2b

Logaritmus operácie s logaritmami, dekadický a prirodzený logaritmus

Analytická geometria

stereometria - študuje geometrické útvary v priestore.

Úvod do lineárnej algebry

Planárne a rovinné grafy

Obyčajné diferenciálne rovnice

M6: Model Hydraulický systém dvoch zásobníkov kvapaliny s interakciou

1 Úvod Predhovor Sylaby a literatúra Základné označenia... 3

Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky MATEMATIKA II. Zbierka riešených a neriešených úloh

Definícia funkcie sínus a kosínus

1. Trojuholník - definícia

matematika 1. časť pre 9. ročník základnej školy a 4. ročník gymnázia s osemročným štúdiom

SK skmo.sk. 2009/ ročník MO Riešenia úloh domáceho kola kategórie A

2 Základy vektorového počtu

1. POLIA A VEKTOROVÉ PRIESTORY. V tejto kapitole zavedieme dva druhy algebraických štruktúr, ktoré budú hrať v celom

SK skmo.sk. 66. ročník Matematickej olympiády 2016/2017 Riešenia úloh domáceho kola kategórie B

Priamkové plochy. Ak každým bodom plochy Φ prechádza aspoň jedna priamka, ktorá (celá) na nej leží potom plocha Φ je priamková. Santiago Calatrava

MATEMATIKA 4.OA - 5 h týždenne 165 h ročne školský rok 2014/2015

JKTc01-T List 1. Číselné množiny. Mgr. Jana Králiková

Obsah. 1.1 Základné pojmy a vzťahy Základné neurčité integrály Cvičenia Výsledky... 11

Prirodzené čísla. Kardinálne čísla

primitívnoufunkcioukfukncii f(x)=xnamnožinereálnychčísel.avšakaj 2 +1 = x, tedaajfunkcia x2

DIFERENCÁLNE ROVNICE Matematická analýza (MAN 2c)

RIEŠENIE WHEATSONOVHO MOSTÍKA

AFINNÉ TRANSFORMÁCIE

16. Základne rovinné útvary kružnica a kruh

ZÁPISKY Z MATEMATICKEJ ANALÝZY 1

SK skmo.sk. 63. ročník Matematickej olympiády 2013/2014 Riešenia úloh domáceho kola kategórie A

Transcript:

Ján Buša Štefan Schrötter 1 KOMPLEXNÉ ČÍSLA 1 1.1 Pojem komplexného čísla Väčšine z nás je známe, že druhá mocnina ľubovoľného reálneho čísla nemôže byť záporná (ináč povedané: pre každé x R je x 0). Ako by sme mohli pokaziť túto základnú vlastnosť reálnych čísel? Dosiahneme to pomocou tzv. imaginárnej jednotky (označíme ju ako i ide o čosi nereálne, môžeme ju považovať za jedno z riešení kvadratickej rovnice x + 1 = 0, ktorá má záporný diskriminant), pre ktorú platí i = 1. (1) Táto definícia imaginárnej jednotky je založená na jej druhej mocnine: i = i i. Rovnako je definovaná aj druhá mocnina ľubovoľnej reálnej premennej. Tu ale i nie je premenná, ale symbol s nereálnou vlastnosťou i = 1! Aj vyššie mocniny imaginárnej jednotky definujeme tak ako mocniny reálnej premennej, t. j. i 3 = i i = ( 1) i = i, i 4 = i 3 i = ( i) i = i i = i = ( 1) = 1. Podobne i 5 = i 4 i = 1 i = i. Potom i = 1, i 7 = i a i 8 = 1. Ľahko zistíme, že pre každé prirodzené číslo n platí: i n+4 = i n. () Zrejme i 1 = i a i 0 = 1. Potom z rovnosti () dostaneme: pre každé prirodzené číslo n je i n = i r, (3) kde r je zvyšok pri delení čísla n číslom 4 (r {0, 1,, 3}). Napríklad pre n = 010 je r =, a teda i 010 = i = 1. Teraz môžeme definovať množinu komplexných čísel: Definícia 1.1 Nech i je imaginárna jednotka. Potom každá usporiadaná dvojica (a, b) reálnych čísel a a b definuje (určuje) práve jedno komplexné číslo tvaru a+bi. Tomuto zápisu hovoríme algebrický tvar komplexného čísla. Množina všetkých komplexných čísel sa zvykne označovať písmenom C. 1 Komplexné čísla sa na mnohých stredných školách vynechali z učebných osnov. Pre štúdium na našej fakulte sú ale potrebné. Preto výklad je robený podrobnejšie ako v iných častiach tejto učebnej pomôcky. Komplexné čísla nie sú obsiahnuté v úlohách na prípadných prijímačkách na fakultu. V literatúre sa často používa rovnocenný tvar a + ib. 1

Napríklad dvojica (, 5) definuje komplexné číslo +( 5)i, ktoré budeme zapisovať takto: 5i. Tu sú ďalšie príklady: ( 7, 5 3) 7 + 5 3i; (0, ) 0 + ( )i, resp. i; (5, 0) 5 + 0i, resp. 5. Definícia 1. Nech a + bi je komplexné číslo, kde a, b R. Potom reálne číslo a nazývame reálnou časťou a reálne číslo b imaginárnou časťou komplexného čísla. Bežne sa používa toto označenie: a = (a+bi) a b = Im(a+bi). Napríklad ( 3 + 3i) = 3 a Im( 3 + 3i) = 3 alebo () = a Im() = 0 a tiež ( 9i) = 0 a Im( 9i) = 9. Definícia 1.3 (Rovnosť komplexných čísel) Dve komplexné čísla sa rovnajú práve vtedy, keď sa rovnajú ich reálne a aj imaginárne časti, t. j. pre a 1, b 1, a, b R je a 1 + b 1 i = a + b i (a 1 = a b 1 = b ). Nech x R je ľubovoľné reálne číslo. Potom platí: x = x + 0i, pričom x + 0i je komplexné číslo (jeho imaginárna časť je rovná nule). Teda každé reálne číslo je aj komplexným číslom, a preto R C. 1. Gaussova rovina a goniometrický tvar komplexného čísla Vieme, že každému komplexnému číslu z = a + bi v algebrickom tvare zodpovedá práve jedna usporiadaná dvojica (a, b) reálnych čísel (priradenie je vzájomne jednoznačné): a + ib (a, b). Zvoľmu v rovine bežnú pravouhlú súradnicovú sústavu a v nej bod B = (a, b). Jeho prvá súradnica sa rovná reálnej časti a druhá súradnica imaginárnej časti komplexného čísla z (pozri obr. 1). Toto priradenie je vzájomne jednoznačné, lebo ku každému bodu roviny existuje jediné komplexné číslo, ktoré je vzorom tohto bodu pri danom priradení. Bodom osi x je priradená usporiadaná dvojica (x, 0), ktorej zodpovedá číslo x+0i = x, kde x R. To ale znamená, že body osi x reprezentujú reálne čísla. Podobnou úvahou dostaneme, že body osi y znázorňujú čísla typu 0 + yi = yi, kde y R. To sú komplexné čísla s nulovou reálnou časťou hovoríme im rýdzo imaginárne. Rovine, v ktorej sú uvedeným spôsobom znázorňované komplexné čísla, hovoríme Gaussova rovina, osi x hovoríme reálna os a osi y imaginárna os (označujeme ich tiež z, resp. Imz). Často je výhodné poznať pojem komplexne združené číslo.

y = Imz b O z = a + b ϕ B z = a + i b a x = z b z = a i b Obr. 1: Gaussova rovina Definícia 1.4 Komplexne združeným číslom k číslu a + bi, kde a, b R, nazývame číslo a bi. Zapisujeme to takto a + bi = a bi. Komplexné číslo a k nemu komplexne združené číslo majú imaginárne časti s opačnými znamienkami, ich reálne časti sú rovnaké (obr. 1). Napríklad: 3i = + 3i, 3i = 3i a =. Ak x je reálne číslo, tak x = x. Je zrejmé, že pre každé komplexné číslo z platí: (z) = z. Definícia 1.5 (Absolútna hodnota komplexného čísla) Pod absolútnou hodnotou, resp. modulom komplexného čísla a + bi, kde a, b R, rozumieme nezáporné reálne číslo a + b. Zapisujeme to takto: a + bi = a + b (4) (teda používame rovnako ako pre absolútnu hodnotu reálneho čísla). Napríklad 5 3i = 5 + ( 3) = 34, 3 + 4i = ( 3) + 4 = 5, 4i = 0 + ( 4) = 4 a 3 = ( 3) + 0 = 3. Pri určovaní absolútnej hodnoty komplexného čísla sa často robí takáto chyba: 5 3i = 5 + ( 3i) = 5 9 = 4. }{{} chyba! Správne má byť ( 3) a nie ( 3i). Ešte raz zdôrazňujeme, že absolútna hodnota komplexného čísla z je definovaná takto: z = ( z ) + ( Im z ). 3

Všimnime si, že pre x R je x C = x + 0i C = x + 0 = x = x R (tu C v indexe označuje výpočet absolútnej hodnoty v množine komplexných čísel a R v množine reálnych čísel.) Pre reálne x sme dostali rovnaké výsledky! Pre absolútnu hodnotu komplexného čísla platia niektoré pravidlá, ktoré sú zhodné s pravidlami pre absolútnou hodnotu reálneho čísla, napr. z 1 0 (ďalšie sú uvedené vo vete 1.). Ale pozor! Nerovnosti majú zmysel len vtedy, keď ľavá aj pravá strana nerovnosti nadobúda reálne hodnoty. Napríklad známa nerovnosť x x z oboru reálnych čísel nemá zmysel v množine komplexných čísel. Súvisí to s tým, že na množine všetkých komplexných čísel sa nedá zaviesť nerovnosť (t. j. <, >, alebo ) tak, aby mala všetky vlastnosti, ktoré má nerovnosť na množine reálnych čísel. Niektoré vlastnosti Gaussovej roviny: body Gaussovej roviny, ktoré znázorňujú dve navzájom komplexne združené čísla, sú súmerné podľa reálnej osi (obr. 1); absolútna hodnota komplexného čísla z sa rovná dĺžke úsečky OB, ktorej koncové body sú začiatok súradnicovej sústavy a bod B znázorňujúci komplexné číslo z (obr. 1); na kružnici so stredom v začiatku súradnicovej sústavy s polomerom r ležia všetky komplexné čísla, ktorých absolútna hodnota je rovná r. Všimnime si, že každé nenulové komplexné číslo z jednoznačne určuje úsečku OB (dĺžka tejto úsečky je z ), ktorá zviera s kladnou časťou reálnej osi uhol veľkosti ϕ 0; π) (veľkosť uhla sa berie v smere proti pohybu hodinových ručičiek). Číslo ϕ nazývame argumentom (niekedy aj amplitúdou) komplexného čísla z. Je zrejmé, že ak ϕ je argumentom komplexného čísla z, tak aj všetky čísla typu ϕ + kπ, kde k Z, sú jeho argumentom. V praxi sa používa aj ϕ z intervalu ( π; π. Argument ϕ dostaneme vyriešením tejto sústavy rovníc (pozri obr. 1): cos ϕ = a z a sin ϕ = b z. (5) Odtiaľ máme a = z cos ϕ a b = z sin ϕ. Potom pre každé nenulové komplexné číslo z = a + bi dostávame: z = a + bi = ( z cos ϕ) + ( z sin ϕ)i = z (cos ϕ + i sin ϕ). Zápisu z (cos ϕ+i sin ϕ) hovoríme goniometrický tvar komplexného čísla z. Je jednoznačne daný absolútnou hodnotou ( ) ( ) z = z + Im z a argumentom ϕ, ktorý je riešením sústavy (5) samotný sínus alebo kosínus neurčujú uhol ϕ jednoznačne. 4

Poznámka 1.1 Pri praktickom prepise komplexného čísla z tvaru algebrického z = a + bi na tvar goniometrický mnohých odrádza správne vyriešenie sústavy (5). V takom prípade odporúčame znázorniť si komplexné číslo v Gaussovej rovine: argument ϕ môžeme získať priamo zo znázornenia (vyskúšajte si to napr. na číslach i,, i,, +i, +i, i a i) alebo použijeme funkciu tangens. V prvom a štvrtom kvadrante je sústava (5) ekvivalentná s rovnicou tg ϕ = b a. () Ale vo zvyšných dvoch kvadrantoch riešenie rovnice () nie je požadovaným argumentom ϕ skúste porozmýšľať nad tým, ako súvisí riešenie uvažovanej rovnice () so správnou hodnotou ϕ. Ak sa vám to nepodarí, tak si pozrite riešené príklady. Príklad 1.1 Zapíšme dané komplexné čísla v goniometrickom tvare: a) 3i; b) 1 i; c) 4; d) 1 + 3i; e) 3; f) 1 i. Riešenie. a) Zrejme 3i = 0 + 3 = 3 a sústava (5) má tvar cos ϕ = 0 3 Jej riešením je množina ϕ = π hodnotu ϕ = π. Potom a sin ϕ = 3 3 = 1. + kπ, k Z. Za argument čísla 3i zvolíme 3i = 3(cos π + i sin π ). Pozrite si obr. : zo znázornenia čísla 3i v Gaussovej rovine priamo vidno, že 3i = 3 a ϕ = π. Im 3i 1 + 3i ψ = π 3 4 π 4 β = π 3 1 i 1 i Obr. : Komplexné čísla z príkladu 1.1 zo strany 5 v Gaussovej rovine b) Tentoraz 1 i = ( 1) + ( 1) =. Komplexné číslo 1 i leží v Gaussovej rovine (obr.) na osi tretieho kvadrantu. Odtiaľ ľahko vidno, že 5

ϕ = π + π = 5π (pripomíname, že ϕ je veľkosť uhla, ktorý zviera kladná časť 4 4 reálnej osi s úsečkou, ktorej koncové body sú začiatok súradnicového systému a bod znázorňujúci číslo 1 i). Potom 1 i = (cos 5π 4 + i sin 5π 4 ). Poznamenávame, že za argument komplexného čísla 1 i sme mohli zvoliť hodnotu ϕ = 3π (premyslite si to). 4 c) Číslo 4 leží v Gaussovej rovine na zápornej časti reálnej osi (pozri obr. ). To znamená, že ϕ = π a keďže 4 = 4, tak 4 = 4(cos π + i sin π). d) Máme 1 + 3i = ( 1) + ( 3) =. Argument ϕ získame vyriešením sústavy rovníc (5), ktorá má tvar cos ϕ = 1 3 a sin ϕ = (skúste ju vyriešiť). Komplexné číslo 1 + 3i leží v druhom kvadrante Gaussovej roviny (obr. ). Uvažujme uhol ψ: preň platí tg ψ = 3 = 3. Odtiaľ 1 ψ = π a teda ϕ = π π = π. Potom 3 3 3 1 + 3i = (cos π 3 + i sin π 3 ). e) Pre číslo 3 je situácia jednoduchá (pozri obr.): 3 = 3 a ϕ = 0. Takto 3 = 3(cos 0 + i sin 0). f) Najprv určíme absolútnu hodnotu 1 i = Sústava rovníc (5) má tvar ( 1) + ( ) = 4. cos ϕ = 1 4 = 3 a sin ϕ = 4 = 1. Ak nemáte istotu v jej vyriešení, tak sa pozrite na znázornenie komplexného čísla 1 i v Gaussovej rovine (obr.). Leží vo štvrtom kvadrante a pre vyznačený uhol β platí: tg β = 1 = 1 3. Odtiaľ β = π. Potom pre argument ϕ je ϕ = π π = 11π. Teda 1 i = 4(cos 11π + i sin 11π). Tu sme namiesto argumentu ϕ = 11π mohli použiť argument ϕ = π (podobne ako v príklade b)) s týmto výsledkom: 1 i = 4(cos π + i sin π ). Poznámka 1. Premyslite si tieto špeciálne prípady goniometrických tvarov:

ak a je kladné reálne číslo, tak a = a(cos 0 + i sin 0); ak a je záporné reálne číslo, tak a = a(cos π + i sin π); ak b je kladné reálne číslo, tak bi = b(cos π + i sin π ); ak b je záporné reálne číslo, tak bi = b(cos 3π + i sin 3π ). (prvé dva prípady sa vzťahujú na nenulové reálne čísla a posledné dva prípady na rýdzo imaginárne čísla). Poznámka 1.3 Uvádzame dva postrehy: 1. Prechod od goniometrického tvaru komplexného čísla na algebrický je jednoduchý: vyčíslime hodnoty cos ϕ a sin ϕ a upravíme číslo z (cos ϕ + i sin ϕ). Napríklad (cos 3π 4 + i sin 3π 4 ) = ( + i ) = 3 + 3 i.. Zápisy 7(cos π + i sin 3π) a (1 3)(cos 3π + i sin 3π ) sú isté komplexné čísla (vyjadrite ich v algebrickom tvare!), ale nie sú v goniometrickom tvare (viete to zdôvodniť?). 1.3 Operácie s komplexnými číslami Súčet, rozdiel a súčin dvoch komplexných čísel získame jednoduchým spôsobom: s obidvoma číslami narábame ako s výrazom, ktorý obsahuje imaginárnu jednotku i. Pri súčine využijeme základnú vlastnosť imaginárnej jednotky: i = 1. Napríklad, ak z 1 = 3 + 5i a z = 8i, tak z 1 + z = ( 3 + 5i) + ( 8i) = ( 3 + ) + [5 + ( 8)]i = 1 + ( 3)i; z 1 z = ( 3 + 5i) ( 8i) = ( 3 ) + [5 ( 8)]i = 5 + 13i; z 1 z = ( 3+5i) ( 8i) = +4i+10i 40i = [ 40 ( 1) ] + [ 4+10 ] i = = 34 + 34i. Všimnime si, že cieľom uvedených úprav je získanie výsledného komplexného čísla v algebrickom tvare a + bi, kde a, b R. Odtiaľ ľahko určíme jeho reálnu a imaginárnu časť. S podielom je to trochu zložitejšie. Ak delíme nenulovým reálnym číslom, tak reálnu a imaginárnu časť výsledku ľahko dostaneme roztrhnutím zlomku : 3 5i 8 = 3 8 5 8 i. álna časť výsledku je 3 a imaginárna časť je 5. 8 8 Ak menovateľ má nenulovú imaginárnu časť, tak zlomok vynásobíme zlomkom = 1, ktorý je rovný jednej pozri rovnosť a): komplexne združený menovateľ komplexne združený menovateľ 7

+ 11i 3 + 4i a) = ( + 11i) ( 3 + 4i) ( 3 4i) b) = ( 3 4i) }{{} =1 Teraz úpravou b) vynásobíme získané dva zlomky čitateľ čitateľom a menovateľ menovateľom. Úpravou c) zjednodušíme čitateľa a menovateľa. Dostaneme zlomok, ktorého menovateľ je reálne číslo tu reálnu a imaginárnu časť dostaneme roztrhnutím zlomku: b) = + 8i 33i 44i 9 1i c) = Uvedené príklady môžeme zovšeobecniť: ( + 44) + (8 33)i 50 5i = 9 1 ( 1) 5 = i. Veta 1.1 Ak z 1 = a 1 + b 1 i a z = a + b i sú komplexné čísla v algebrickom tvare, tak: z 1 + z = (a 1 + b 1 i) + (a + b i) = (a 1 + a ) + (b 1 + b )i; z 1 z = (a 1 + b 1 i) (a + b i) = (a 1 a ) + (b 1 b )i; z 1 z = (a 1 + b 1 i) (a + b i) = (a 1 a b 1 b ) + (a 1 b + b 1 a ) i; }{{}}{{} Im z 1 pre z 0 : = a 1 + b 1 i z a + b i = a 1a + b 1 b + b 1a a 1 b i. a + b a + b }{{}}{{} Im Nesnažte sa tieto vzorce zapamätať; pri uvedených operáciách odporúčame postupovať podľa predchádzajúcich príkladov. Radšej si zapamätajte tieto skutočnosti: 1. Ľahko sa dá dokázať, že operácie sčitovania a násobenia komplexných čísel spĺňajú komutatívny, asociatívny a distributívny zákon.. V množine komplexných čísel (tak isto ako v množine reálnych čísel) je jediným neutrálnym prvkom vzhľadom na sčitovanie číslo 0 (t. j. pre ľubovoľné z C platí: z + 0 = 0 + z = z) násobenie číslo 1 (t. j. pre ľubovoľné z C platí: z 1 = 1 z = z). 3. Pomocou operácií násobenia a delenia definujeme (obdobným spôsobom ako v množine reálnych čísel) celočíselnú mocninu komplexného čísla z n. Zamyslime sa nad tým, ako sa správajú vyššie definované operácie v súvislosti s pojmom komplexne združené číslo. Overte si, že pre každé z C platí: z + z = z, z z = Imz i, a z z = ( z ) + ( Imz ). Ďalej, ak z 1 a z sú komplexné čísla, tak z 1 ± z = z 1 ± z, z 1 z = z 1 z a pre z 0 je ( ) z1 z = z 1 z. 8

V súvislosti s absolútnou hodnotou je teda Ďalej platí: z z = ( z ) + ( Im z ) = z. Veta 1. Ak z 1 a z sú komplexné čísla, tak a) z 1 z = z 1 z ; b) z 1 z = z 1 z pre z 0; c) z 1 z z 1 ± z z 1 + z (trojuholníková nerovnosť). Možno ste si položili otázku: načo je dobrý goniometrický tvar komplexného čísla? Nestačí algebrický tvar? Goniometrický tvar neraz poskytuje jednoduchú interpretáciu úloh v rôznych vedných disciplínach. My si ukážeme, že pravidlá pre výpočet súčinu, podielu a celočíselných mocnín komplexných čísel v goniometrickom tvare sú oveľa jednoduchšie ako v tvare algebrickom. Napokon goniometrický tvar nám umožní prostou úvahou získať hodnoty n-tej odmocniny komplexného čísla. Veta 1.3 Ak z 1 = z 1 (cos ϕ 1 + i sin ϕ 1 ) a z = z (cos ϕ + i sin ϕ ) sú dve nenulové komplexné čísla, tak z 1 z = ( z 1 z )[ cos(ϕ 1 +ϕ ) + i sin(ϕ 1 +ϕ ) ] (7) a z 1 z = ( ) z1 [ cos(ϕ1 ϕ ) + i sin(ϕ 1 ϕ ) ]. (8) z Je zrejmé, že pravé strany rovností (7) a (8) sú komplexné čísla v goniometrickom tvare. Podľa (7) dve komplexné čísla v goniometrickom tvare vynásobíme tak, že vynásobíme ich absolútne hodnoty a ich argumenty sčítame. Pri delení absolútne hodnoty vydelíme a od argumentu delenca odčítame argument deliteľa. Poznámka 1.4 Premyslite si geometrické interpretácie rovností (7) a (8) v Gaussovej rovine, t. j. ako zo znázornenia komplexných čísel z 1 a z dostaneme obrazy čísel z 1 z a z 1 z? Príklad 1. Nech z 1 = (cos 7π + i sin 7π) a z = (cos π + i sin π ). Určme 3 3 reálnu a imaginárnu časť komplexných čísel: a) z 1 z ; b) z 1 :z ; c) z :z 1. Riešenie. Čísla z 1 a z sú zapísané v goniometrickom tvare (číslo z má správny tvar z = 1(cos π +i sin π ), ale v takomto prípade sa z pochopiteľných dôvodov 3 3 nevyžaduje zápis čísla 1). a) Na základe (7) je z 1 z = ( 1) [ cos( 7π + π 3 ) + i sin( 7π + π 3 )] = (cos 3π + i sin 3π ) = i. 9

Odtiaľ (z 1 z ) = 0 a Im(z 1 z ) =. b) Podľa (8) je z 1 = ( ) [ 1 cos( 7π z π) + i sin( 7π π 3 3 )] = (cos 5π + i sin 5π) = 3 + i. Teda ( ) z1 z = 3 a Im ( ) z1 z = 1. c) Vzhľadom na (8) je z = ( ) [ 1 cos( π z 7π) + i sin( π 7π 3 3 )] = ( ) 1 (cos 5π + i sin 5π) = 3 i 1 4. Teda ( ) z z 1 3 = 4 a Im ( ) z z 1 = 1 4. Ak z = z (cos ϕ + i sin ϕ), tak na základe (7) dostaneme z z = z = z (cos ϕ + i sin ϕ). (9) Rovnosť (9) môžeme matematickou indukciou zovšeobecniť: Veta 1.4 Ak z = z (cos ϕ + i sin ϕ) je nenulové komplexné číslo, tak pre každé prirodzené číslo n platí z n = z n (cos nϕ + i sin nϕ). (10) Rovnosť (10) nazývame Moivreov vzorec. Umocnenie komplexného čísla podľa Moivreovho vzorca spočíva v umocnení jeho absolútnej hodnoty a n-násobnom zväčšení jeho argumentu. Je užitočné si uvedomiť, že Moivreov vzorec má v prípade z = 1 tvar z n = (cos ϕ + i sin ϕ) n = cos nϕ + i sin nϕ. (11) Všimnite si, že čísla (cos ϕ+i sin ϕ) n a cos nϕ+i sin nϕ z rovnosti (11) ležia v Gaussovej rovine na kružnici so stredom v začiatku súradnicovej sústavy, ktorej polomer je 1. Príklad 1.3 Určme reálnu a imaginárnu časť komplexného čísla z = (1 3i) 17 (i 1) 7 ( + i) 13. (1) 10

Riešenie. Sedemnástu, siedmu a trinástu mocninu by sme mohli vyčísliť pomocou binomického rozvoja to by si vyžadovalo hodne trpezlivosti a pravdepodobne by sme sa v úpravách aj pomýlili. Oveľa jednoduchšie to pôjde pomocou Moivreovho vzorca. Ten si vyžaduje základy mocnín v goniometrickom tvare. Presvedčte sa, že (pomôžte si Gaussovou rovinou): 1 3i = (cos 300 + i sin 300 ), i 1 = (cos 135 + i sin 135 ) a + i = (cos 45 + i sin 45 ) tentoraz sme použili stupne. Podľa Moivreovho vzorca je: (1 3i) 17 = [(cos 300 + i sin 300 )] 17 = 17 [cos(17 300 ) + i sin(17 300 )], a (i 1) 7 = [ (cos 135 + i sin 135 )] 7 = ( ) 7 [cos(7 135 ) + i sin(7 135 )] (+i) 13 = [ (cos 45 + i sin 45 ) ] 13 = ( ) 13 [cos(13 45 ) + i sin(13 45 )]. Keďže 17 300 = 5100, 7 135 = 945 a 13 45 = 585, tak dané komplexné číslo (1) môžeme zapísať takto: z = (1 3i) 17 (i 1) 7 {}}{{}}{ 17 [cos 5100 + i sin 5100 ] ( ) 7 [cos 945 + i sin 945 ] ( ) 13 [cos 585 + i sin 585 ] }{{} (+i) 13 = ( ) Teraz môžeme použiť pravidlo (7) pre súčin a pravidlo (8) pre podiel komplexných čísel v goniometrickom tvare. Vzhľadom na to, že môžeme písať 17 ( ) 7 ( ) 13 = a 5100 + 945 585 = 540 ( ) = (cos 540 + i sin 540 ) a) = (cos 0 + i sin 0 ). Tu sme v rovnosti a) využili periodicitu funkcií cos a sin: 540 15 30 = 0. Pri počítaní v radiánoch by sme mali 17 5π +7 3π 13 π = 34π = 15 π + π. 3 4 4 1 3 Vieme, že cos 0 = cos π = 1 a sin 3 0 = sin π = 3, a preto 3 z = ( 1 + i 3 ) = 1 + 3i. Teda z = 1 a Im z = 3. Nasledujúci príklad je peknou ukážkou použitia Moivreovho vzorca a utvrdzuje poznatky o rovnosti komplexných čísel (je súčasťou nejednej učebnej pomôcky o komplexných číslach): Príklad 1.4 Vyjadrime výrazy cos ϕ a sin ϕ pomocou výrazov cos ϕ a sin ϕ. 11

Riešenie. Pre n = má Moivreov vzorec (11) tvar (cos ϕ + i sin ϕ) = cos ϕ }{{} + i sin ϕ }{{} Im (13) Ak v dobre známom vzorci (a + b) = a + ab + b položíme a = cos ϕ a b = i sin ϕ, tak dostaneme (cos ϕ + i sin ϕ) = cos ϕ + (cos ϕ) (i sin ϕ) + (i sin ϕ) = = cos ϕ sin ϕ + i sin ϕ cos ϕ }{{}}{{} Im (14) Vieme, že dve komplexné čísla sa rovnajú práve vtedy, keď sa rovnajú ich reálne a imaginárne časti, a preto porovnaním reálnych častí vzťahov (13) a (14) dostaneme cos ϕ = cos ϕ sin ϕ a porovnaním imaginárnych častí máme A to sú známe vzorce z goniometrie. sin ϕ = sin ϕ cos ϕ. 1.4 Odmocnina komplexného čísla Nech n je prirodzené číslo, n a z je komplexné číslo. Každé komplexné číslo w, pre ktoré platí w n = z (15) nazývame n-tou odmocninou komplexného čísla z. Označujeme ho zápisom w = n z (pre n = zápisom z). Teda komplexné číslo w je n-tou odmocninou čísla z práve vtedy, keď je koreňom rovnice (15). Pre z = 0 je situácia jednoduchá: rovnica w n = 0 má jediný (n-násobný) koreň, a to w = 0. Preto n 0 = 0. Poznámka 1.5 Postavme si otázku: ako súvisí uvedená definícia n-tej odmocniny komplexného čísla z so známou tzv. aritmetickou odmocninou nezáporného reálneho čísla? Aritmetická odmocnina nadobúda jedinú nezápornú hodnotu napr. 9 = 3. Rovnica (15) má v našom prípade tvar w = 9, ktorá má dva korene: 3 a 3. To znamená, že druhou odmocninou komplexného čísla 9 je, okrem čísla 3, aj číslo 3. Všimnime si, že napr. druhou odmocninou komplexného čísla je, ale aj číslo. Ucelenú informáciu o n-tej odmocnine komplexného čísla poskytuje táto veta: Veta 1.5 Nech z = z (cos ϕ + i sin ϕ) je ľubovoľné nenulové komplexné číslo. Potom n-tá odmocnina čísla z určuje n navzájom rôznych komplexných čísel, ktoré dostaneme takto: n z = n z (cos ϕ + i sin ϕ) = n z ( cos ϕ+kπ n kde za k dosadzujeme postupne čísla 0, 1,..., n 1. 1 ) + i sin ϕ+kπ n, (1)

n Všimnime si, že na určenie hodnôt z veta 1.5 požaduje zápis čísla z v goniometrickom tvare a aj samotné hodnoty n z sú vo vzťahu (1) uvedené v goniometrickom tvare. Príklad 1.5 Vypočítajme všetky hodnoty 4 1. Riešenie. Podľa vety (1.5) musíme najprv vyjadriť číslo 1 v goniometrickom tvare. Ak sa pozrieme na jeho znázornenie v Gaussovej rovine na obr. 3, tak ľahko zistíme, že 1 = 1(cos π + i sin π). Im z 1 z 0 1 π 4 z z 3 Obr. 3: Znázornenie hodnôt 4 1 v Gaussovej rovine 4 Na základe (1) dostaneme (n = 4, 1 = a ϕ = π): 4 4 1 = 1 ( ) cos π+kπ + i sin π+kπ 4 4, kde k {0, 1,, 3}. Keďže 4 1 =, tak pre jednotlivé hodnoty k dostaneme ( cos π + i sin ) π 4 4 = z0 pre k = 0, 4 ( cos 3π + i sin ) 3π 4 4 = z1 pre k = 1, 1 = ( cos 5π + i sin ) 5π 4 4 = z pre k =, ( cos 7π + i sin ) 7π 4 4 = z3 pre k = 3. (17) Dostali sme požadované štyri hodnoty 4 1, a to v goniometrickom tvare. Použili sme pre ne označenie z 0, z 1, z a z 3 v závislosti od toho, aké k sme pri ich vyčíslení použili (napr. pre k = označenie z ). Na obr. 3 sú tieto čísla (a aj číslo 1) znázornené v Gaussovej rovine: všetky štyri hodnoty z k ležia na kružnici so stredom v začiatku súradnicovej sústavy s polomerom. Komplexné číslo z 0 (pozri (17)) má argument ϕ = π. Rozdiel argumentov n 4 ľubovoľných dvoch na kružnici susedných bodov bodov je π = π = π. n 4 Overte, že pre algebrické tvary čísel z k platí: z 0 = + i, z 1 = + i, z = i a z 3 = i. Teraz uvedieme niektoré užitočné poznatky (ich podstata bola naznačená pri riešení príkladu 1.5): 13

1. Vo vzorci (1) vystupuje aritmetická odmocnina n z t. j. odmocnina kladného reálneho čísla, ktorá nadobúda jedinú kladnú hodnotu.. Vzorec (1) nám poskytuje n rôznych hodnôt n z v goniometrickom tvare. Všetky majú rovnakú absolútnu hodnotu, konkrétne n z. Preto ležia v Gaussovej rovine na kružnici so stredom v začiatku súradnicovej sústavy s polomerom n z (na obr. 4 sú znázornené hodnoty šiestej odmocniny čísla z). Argument čísla z 0 je ϕ n (pozri dohodu o označení z k v riešení príkladu 1.5). Zo vzorca (1) vyplýva, že čísla z 1, z,...,z n 1 vytvárajú na spomínanej kružnici pravidelný n-uholník. Ľahko ho získame tak, že otočíme bod z 0 okolo začiatku súradnicovej sústavy v smere proti pohybu hodinových ručičiek o uhol veľkosti π tým dostaneme bod z n 1. Ak rovnakým spôsobom otočíme bod z 1, tak dostaneme bod z, potom z bodu z bod z 3, atď. Otáčanie opakujeme dovtedy, kým nezískame bod z n 1. Body z k sme stále otáčali o uhol veľkosti π. Keby sme otočili aj bod z n n 1, tak dostaneme bod z 0, teda bod, ktorý sme už mali. Ďalšie otáčania nám nedajú nové body. Týmto postupom sme znázornili v Gaussovej rovine všetkých n hodnôt n z (na obr. 4 sú znázornené hodnoty z: sú to body z 0, z 1, z, z 3, z 4 a z 5 ). 3. Ak z > 1, tak aj aritmetická odmocnina n z je väčšia ako jedna a body z k sú bližšie k začiatku súradnicovej sústavy ako bod z tak ako na obr. 4. Ak z < 1, tak situácia je opačná (pozri obr. 5). Napokon, ak z = 1, tak bod z, ako aj body z k, ležia na kružnici so stredom v začiatku súradnicovej sústavy s polomerom jedna. Uvedieme ešte jeden jednoduchý príklad: Príklad 1. Vypočítajme všetky hodnoty 3 i. Riešenie. Presvedčte sa, že i = 1(cos 70 + i sin 70 ) (opäť sme použili stupne). Teda n = 3, z = 1 a ϕ = 70. Podľa vety 1.5 dostaneme: z 0 = 3 1 ( ) cos 70 +0 30 + i sin 70 +0 30 3 3 = cos 90 + i sin 90 = i; z 1 = 3 1 ( ) cos 70 +1 30 + i sin 70 +1 30 3 3 3 = cos 10 + i sin 10 = 1 i a z = 3 1 ( ) cos 70 + 30 + i sin 70 + 30 3 3 3 = cos 330 + i sin 330 = 1 i. Skúste si interpretovať tieto výpočty v Gaussovej rovine! Tentoraz urobíme aj skúšku správnosti : k tomu je potrebné overiť, čí vyčíslené hodnoty z 0, z 1 a z sú koreňmi rovnice z 3 = i. 14

z Im z 1 z z 3 π ϕ ϕ z 0 z z 4 z 5 Obr. 4: Znázornenie hodnôt z v Gaussovej rovine (pre prípad z > 1) Im z 1 z 3 z z π ϕ ϕ z 0 z z 4 z 5 Obr. 5: Znázornenie hodnôt z v Gaussovej rovine (pre prípad z < 1) 15

Číslo z 0 = i je koreňom tejto rovnice, lebo i 3 = i. Rovnaký záver dostaneme aj pre z 1 a z presvedčte sa o tom! K výpočtu hodnôt n z je potrebné poznať argument ϕ komplexného čísla z. Nasledujúcim príkladom ukážeme, že pri druhej odmocnine môžeme tento problém obísť. Príklad 1.7 Vypočítajme všetky hodnoty 5 1i. Riešenie. Nech 5 1i = x + yi, kde x, y R (18) t. j. predpokladáme, že máme hodnoty 5 1i vyjadrené v algebrickom tvare. Umocnime obe strany rovnice (18) na druhú a oddeľme na pravej strane reálnu časť od imaginárnej: 5 1i = x y + xy i. (19) }{{}}{{} Im Vieme, že dve komplexné čísla sa rovnajú práve vtedy, keď sa rovnajú ich reálne a aj imaginárne časti. Ak v (19) porovnáme reálne časti ľavej a pravej strany, tak dostaneme 5 = x y. Imaginárne časti nám dajú rovnicu 1 = xy. Presvedčte sa, že získaná sústava rovníc 5 = x y 1 = xy (0) má dve reálne riešenia x 1 = 3, y 1 = a x 1 = 3, y 1 = (nezabudnite na to, že x a y sú reálne čísla). Odtiaľ na základe (18) získame dve hodnoty danej odmocniny: 3 + i a 3 i. Cvičenia. 1. Určte reálnu a imaginárnu časť komplexného čísla z: a) z = 3i; [z =, Imz = 3] b) z = 3; [z = 3, Imz = 0] c) z = πi; [z = 0, Imz = π] d) z = i 51 3; [z = 3, Imz = 1] e) z = i 5 3; [z = 1 3, Imz = 0] f) z = i 5 + i 15. [z =, Imz = 0]. Zapíšte v algebrickom tvare: a) ( 3i)(4 + 5i) 3i 4 11; [9 i] b) 8 ( 3i)( 3i + ) + 5i 5 ; [1 + 5i] c) 8 ( 3i)( 3i + ) ; [ 7 3i] d) 1 + i + i + i 3 + i 4 + i 5 ; [1 + i] e) 4 + 7i ; i 1 [ 3i] f) (i 18) : (i 1) ; [ 3i] g) 4 7i i 1 ; [ 18 1i] 5 5 1

h) i 1 + i 18 (8 5 i); [( 5 18) i] i) 1 4 9i. 4i 3 [1 + 3i] 3. Znázornite v Gaussovej rovine množinu všetkých z C, pre ktoré platí: a) z = z; b) Imz < ; c) z = Imz; d) Imz + z = z ; e) z 3; f) 1 < z + i 3; g) z + 1 4i 5; h) z = z z; i) z < z ; j) z = ; k) 1 + z 1 z ; l) z 3 ϕ = π, kde ϕ je argument 5 čísla z. 4. Vyriešte sústavu rovníc (0) zo strany 1, ak neznáme x a y sú z množiny komplexných čísel. [(x, y) {(3, ), ( 3, ), (i, 3i), ( i, 3i)}] 5. Vyjadrite dané komplexné číslo v goniometrickom tvare: a) i; [ (cos 5π 4 + i sin 5π 4 )] b) 1 3i; [(cos 5π 3 + i sin 5π 3 )] c) 1 3; [( 3 1)(cos π + i sin π)] d) 1 + i + i + i 3 + i 8 + i 9 ; [ (cos π 4 + i sin π 4 )] e) 7i; [7(cos π + i sin π )] f) 5i; [5(cos 3π + i sin 3π )] g) π; [π(cos 0 + i sin 0)] h) sin π; [(π sin )(cos 0 + i sin 0)] i) sin( π); [sin(π )(cos π + i sin π)] j) 8 3i 8; [1(cos π 3 + i sin π 3 )] k) 3 + 3i; [3 (cos 3π + i sin 3π)] 4 4 ( ) l ) 1 + cos β i sin β, ak β < 0, π). [ cos β cos β β + i sin ]. Určte reálnu a imaginárnu časť čísla z, ak a) z = ( 3 + i) 33 ; [z = 0, Imz = 33 ] b) z = (1 i) 1 (i 3) ; [z = 1 384, Imz = 0] c) z = (i 1) 8 (1 3i) ; [z = 1 04, Imz = 0] ( ) 4 i 1 d) z = 1 + ; [z = 1, Imz = 0] 3i ( ) 1 + i e) z = 19 i 33 ; [z = 1, Imz = 0] 1 i f) z = (i + 1)9 (1 + 3i) 5. [z =, Imz = 3] (1 i) 15 7. Pomocou výrazov cos ϕ a sin ϕ vyjadrite výrazy (podobne ako v príklade 1.4 na strane 1): a) cos 3ϕ a sin 3ϕ; [cos 3ϕ = cos 3 ϕ 3 cos ϕ sin ϕ; sin 3ϕ = 3 cos ϕ sin ϕ sin 3 ϕ] b) cos 4ϕ a sin 4ϕ. [cos 4ϕ = cos 4 ϕ cos ϕ sin ϕ + sin 4 ϕ; sin 4ϕ = 4(cos 3 ϕ sin ϕ cos ϕ sin 3 ϕ)] 17

8. V algebrickom tvare určte všetky hodnoty danej odmocniny (výpočty interpretujte v Gaussovej rovine): a) 3 i; [ i, 3 + 1i, 3 + 1i] b) 4 1; [, i,, i] c) 3 8; [1 + 3i,, 1 3i] d) 4 1; [ + i, + i, i, i] e) 4 ( 1) ; [1, i, 1, i] f) 1 4 3i; [ 4 ( ) ( 4 ) 1+ 3i, ( 4 ) 3+i, 4 ( ) 1 3i, 3 i ] g) 1; [±1, ± 1 + 3, ± 1 3 ] h) 4 8 3i 8; [ 3 + i, 1 + 3i, 3 i, 1 3i] i) 11 0i. [ 5i, + 5i] 9. V goniometrickom tvare určte všetky hodnoty danej odmocniny (výpočty interpretujte v Gaussovej rovine): a) 3 1 + 3i; [ 3 ( ) cos (1+k)π + i sin (1+k)π 9 9, k {0; 1; }] b) 5 1; [ ( ) cos kπ + i sin kπ 5 5, k {0; 1; ; 3; 4}] c) 4 i; [ ( ) cos (1+4k)π + i sin (1+4k)π 8 8, k {0; 1; ; 3}] d) 4 1 i; [ 8 ( ) cos (5+8k)π + i sin (5+8k)π 1 1, k {0; 1; ; 3}] e) i. [ ( cos (3+4k)π + i sin (3+4k)π ) 1 1, k {0; 1; ; 3; 4; 5}] 10. Vypočítajte všetky hodnoty výrazu 1i 5 + 3 4i. [4 + i, 4i, 4i, 4 i] 11. Je známe, že jedna z hodnôt 5 z má tvar 3(cos 5π +i sin 5π ). Bez výpočtu 4 4 čísla z určte goniometrické tvary všetkých hodnôt 5 z. [3(cos (1+8k)π + i sin (1+8k)5π ), k {0; 1; ; 3; 4}] 0 0 1. V množine komplexných čísel vyriešte rovnicu: a) z 4z + 8 = 0; [K = { + i; i}] b) z ( + 3i)z 1 + 3i = 0; [K = {1 + i; 1 + i}] c) x 4 + 8x + 1 = 0; [K = {i; i}] d) x 4 + 1 = 0; [K = { ± i; ± i}] e) z 3 + z + z + 1 = 0; [K = { 1; i; i}] f) z 4z 3 + 8 = 0; [ ( ) cos (8k±1)π + i sin (8k±1)π 1 1, k {0, 1, }] ( ) z 1 g) = i. [K = { 1 + i; 1 i }] 5 z + 1 18