Συμπληρωματικά, διαβάστε όλο το Κεφάλαιο 2 των Μαθηματικών Θετικής Κατεύθυνσης της 3ης Λυκείου

Σχετικά έγγραφα
Σημειώσεις μαθήματος Μ1113 Επίπεδο και Χώρος Χρήσ τος Κουρουνιώτης ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ 2014

4. ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΕΙΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ. (0.1) όπου z = x + iy. Όταν z = iy τότε ο ανωτέρω τύπος παίρνει την μορφή. e dz = (0.3)

Οι Μιγαδικοί Αριθμοί

Μιγαδική ανάλυση Μέρος Α Πρόχειρες σημειώσεις 1. Μιγαδικοί αριθμοί. ΤΕΤΥ Εφαρμοσμένα Μαθηματικά Μιγαδική Ανάλυση Α 1

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

(a + b) + c = a + (b + c), (ab)c = a(bc) a + b = b + a, ab = ba. a(b + c) = ab + ac

Μαθηματικά Και Στατιστική Στη Βιολογία

Κεφάλαιο 0 Μιγαδικοί Αριθμοί

Μαθηματικά Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΜΙΓΑΔΙΚΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ

Μιχάλης Παπαδημητράκης. Μιγαδική Ανάλυση

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΙΓΑΔΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Τριγωνοµετρική (ή πολική) µορφή µιγαδικού αριθµού. Έστω z = x+ yi ένας µη µηδενικός µιγαδικός αριθµός και OM

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

I = 1. cos z. dz = = 1 z 2 cos z + 2z sin z + 2 cos z 2. z(z π) 3 dz. f(re iθ. f(z)

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ. (εκπαιδευτικό υλικό Τεχνολογικής κατεύθυνσης ) ΜΕΡΟΣ Α : ΑΛΓΕΒΡΑ

Μιχάλης Παπαδημητράκης. Μιγαδική Ανάλυση. Τμήμα Μαθηματικών. Πανεπιστήμιο Κρήτης

t : (x, y) x 2 +y 2 y x

Θωμάς Ραϊκόφτσαλης 01

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ. Από προηγούμενες τάξεις γνωρίζουμε ότι το τετράγωνο οποιουδήποτε πραγματικού αριθμού

Ασκήσεις σχ. Βιβλίου σελίδας Α ΟΜΑ ΑΣ 1.

Ο μαθητής που έχει μελετήσει το κεφάλαιο αυτό θα πρέπει να είναι σε θέση:

Η ΑΞΙΩΜΑΤΙΚΉ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΏΝ ΑΡΙΘΜΩΝ ΚΑΙ Η ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΜΙΓΑΔΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ. Αργύρης Φελλούρης Καθηγητής Ε.Μ.Π.

ΓΙΩΡΓΟΣ Α. ΚΑΡΕΚΛΙΔΗΣ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΘΕΩΡΙΑ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Μιγαδική Ανάλυση. Δρ. Θ. Ζυγκιρίδης

x 2 + y 2 x y

ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ : ΑΥΓΕΡΙΝΟΣ ΒΑΣΙΛΗΣ

ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΜΙΓΑΔΙΚΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ ΠΡΑΞΕΙΣ ΣΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΤΩΝ ΜΙΓΑΔΙΚΩΝ

2 ΑΛΓΕΒΡΑ. 2.1 Ταυτότητες

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ. (εκπαιδευτικό υλικό Τεχνολογικής κατεύθυνσης ) ΜΕΡΟΣ Α : ΑΛΓΕΒΡΑ

Σηµειώσεις. ιαφορικές Εξισώσεις- Μετασχηµατισµός Laplace- Σειρές Fourier. Nικόλαος Aτρέας

1 m z. 1 mz. 1 mz M 1, 2 M 1

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΛΥΜΕΝΕΣ & ΑΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. Επιμέλεια: Γ. Π. Βαξεβάνης (Γ. Π. Β.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ. (εκπαιδευτικό υλικό Θετικής κατεύθυνσης ) ΜΕΡΟΣ Α : ΑΛΓΕΒΡΑ

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ. Η έννοια του μιγαδικού Το σύνολο των μιγαδικών. Από προηγούμενες τάξεις γνωρίζουμε ότι το τετράγωνο οποιουδήποτε πραγματικού αριθμού

Διάλεξη 1 - Σημειώσεις 1

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Επαναληπτικά ϑέµατα στους Μιγαδικούς Αριθµούς

Μιγαδικοί Αριθμοί. Μαθηματικά Γ! Λυκείου Θετική και Τεχνολογική Κατεύθυνση. Υποδειγματικά λυμένες ασκήσεις Ασκήσεις προς λύση

qwφιertyuiopasdfghjklzxερυυξnmηq σwωψerβνtyuςiopasdρfghjklzxcvbn mqwertyuiopasdfghjklzxcvbnφγιmλι qπςπζαwωeτrtνyuτioρνμpκaλsdfghςj

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΜΙΓΑΔΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ Επιμέλεια: Καρράς Ιωάννης Μαθηματικός Εἰ ἄρα ὁ δίκαιος ἀργύριον δεινὸς φυλάττειν, καὶ κλέπτειν δεινός.

από t 1 (x) = A 1 x A 1 b.

Σήματα και Συστήματα

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΤΟΥΣ ΜΙΓΑΔΙΚΟΥΣ

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

2.3 ΜΕΤΡΟ ΜΙΓΑΔΙΚΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ

Ασκήσεις. x ' x οι ευθείες πάνω στις οποίες κινούνται οι εικόνες Μ(z).

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Κεφάλαιο 1ο. Μιγαδικοί Αριθμοί

Κεφάλαιο 2ο: ΜΙΓΑ ΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ

Κ ε φ α λ ά ( ) ( ) ηµθ + = ( )

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙΙ ΒΑΣΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΣΤΗ ΜΙΓΑ ΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Τύπος de Moivre Έστω ένας µιγαδικός αριθµός: Τότε. Ν-οστή ρίζα µιγαδικού

Μαθηματική Εισαγωγή Συναρτήσεις

f x x, ν Ν-{0,1} είναι παραγωγίσιμη στο R

f(z) 1 + z a lim f (n) (0) n! = 1

cos ϑ sin ϑ sin ϑ cos ϑ

R={α/ αρητός ή άρρητος αριθμός }

Οι ασκήσεις βασίζονται στο αξιόλογο φυλλάδιο του Μαθηματικού Μιλτ. Παπαγρηγοράκη, από τις σημειώσεις του για το 4ο Γενικό Λύκειο Χανίων [ <

Σηµειώσεις. Eφαρµοσµένα Μαθηµατικά. Nικόλαος Aτρέας

ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΟΙ ΤΟΠΟΙ ΚΑΙ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. z x y 2xyi. Re z x y. Θα δείξουμε ότι για τους μιγαδικούς αριθμούς z για τους οποίους ισχύει ότι. z z zz. zz zz z z 1 0 z z 1 (1)

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά

Μαθηματική Εισαγωγή Συναρτήσεις

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚOΣ ΤΟΠΟΣ ΤΩΝ PIZΩN ή ΤΟΠΟΣ ΕVANS

Βασικές Γνώσεις Μαθηματικών Α - Β Λυκείου

Α Δ Ι. Παρασκευή 25 Οκτωβρίου Ασκηση 1. Στο σύνολο των πραγματικών αριθμών R ορίζουμε μια σχέση R R R ως εξής:

5, 5 = 1. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΙΑ ΣΥΛΛΟΓΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ 30 ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΜΟΝΟ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ + 10 ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΜΕ ΑΝΑΛΥΣΗ

v y = 12x 2 y + 4y v(x, y) = 6x 2 y 2 + y 4 + y + c(x). f(z) = u(z, 0) + iv(z, 0) = z + i(z 4 + c), f(z) = iz 4 + z i.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ, ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΑ( FUNCTIONS,TRIGONOMETRY)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΟ ΔΙΩΝΥΜΙΚΟ ΘΕΩΡΗΜΑ

ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ

ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ

1.2 Συντεταγμένες στο Επίπεδο

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Διανύσματα στους Rn, Cn, διανύσματα στο χώρο (3) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

αβ (, ) τέτοιος ώστε f(x

Μεθοδολογία στους Μιγαδικούς

Θεωρία μετασχηματισμών

Δηλαδή η ρητή συνάρτηση είναι πηλίκο δύο ακέραιων πολυωνύμων. Επομένως, το ζητούμενο ολοκλήρωμα είναι της μορφής

ΘΕΜΑ (επαναληπτικές) α. Δίνονται Να περιγράψετε οι μιγαδικοί γεωμετρικά αριθμοί το, σύνολο, (Σ) των εικόνων των μιγαδικών αριθμών 3 με 3 3. πο

Απειροστικός Λογισμός Ι Ασκήσεις

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 17 Οκτωβρίου 2011

= 1. z n 1 = z z n = 1. f(z) = x 0. (0, 0) = lim

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Σημειώσεις για το μάθημα Μιγαδική Ανάλυση Ι. Θέμης Μήτσης. Τμήμα Μαθηματικών Πανεπιστήμιο Κρήτης Ηράκλειο

Επανάληψη Μιγαδικών Αριθμών

Μαθηματικά. Μιγαδικοί Αριθμοί. x + Tolaso Network P R I) = No. 2. X x! dy = LN x MATHEMATICS. Απρίλιος 2019

ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΣΥΜΜΟΡΦΕΣ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΙΣ, ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ MÖBIUS ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΥΝΟΡΙΑΚΩΝ ΤΙΜΩΝ

Θέµατα Μιγαδικών Αριθµών από τις Πανελλαδικές Εξετάσεις

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΛΥΜΕΝΕΣ & ΑΛΥΤΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

w = f(z) = z + i C(0,4) 2πi z 2 (z 2) 3 dz = 1 8. f(z) = (z 2 + 1)(z + i). e z 1 e z 1 = 3 cos 2θ

v a v av a, τότε να αποδείξετε ότι ν <4.

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ProapaitoÔmenec gn seic.

Transcript:

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί Συμπληρωματικά, διαβάστε όλο το Κεφάλαιο 2 των Μαθηματικών Θετικής Κατεύθυνσης της 3ης Λυκείου Τα στοιχεία του συνόλου των μιγαδικών αριθμών είναι εκφράσεις της μορφής a+ib όπου a, b R,και iείναιένασύμβολο, C = {a+ib a, b R}. Με προφανή τρόπο μπορούμε να ταυτίσουμε τα στοιχεία του C με διατεταγμένα ζεύγη πραγματικών αριθμών, a+ib a, b) και μέσω αυτών με τα σημεία ενός επιπέδου στο οποίο έχει επιλεγεί ένα ορθοκανονικό σύστημα αναφοράς, a+ib a i +b j. Εάν z = a+ib,τότε a = Rezονομάζεταιπραγματικόμέροςτου z,ενώ b = Imz ονομάζεται φανταστικό μέρος του z. Προσέξτε ότι Re z και Im z είναι πραγματικοί αριθμοί. Τουποσύνολο {z C Imz = 0}τοταυτίζουμεμετουςπραγματικούς αριθμούς. Μέτρο του μιγαδικού αριθμού z = a+ib είναι ο μη αρνητικός πραγματικός αριθμός z = z z = a 2 +b 2. Στο C ορίζονται πρόσθεση και πολλαπλασιασμός έτσι ώστε να συμφωνούν με τις πράξειςστο Rότανπεριοριστούνστοσύνολο {z C Imz = 0}καιναικανοποιείται 30

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 31 ησχέση i i = 1. πρόσθεση : a+ib)+c+id) = a+c)+ib+d) πολλαπλασιασμός : a+ib) c+id) = ac bd)+iad+bc) Ομιγαδικόςαριθμός a ibονομάζεταισυζυγήςτου z = a+ib,καισυμβολίζεται z. Παρατηρούμε ότι z + z = 2a = 2Rez z z = i2b = i2imz z z = a 2 +b 2 = z 2 Κάθε μη μηδενικός μιγαδικός αριθμός έχει ) αντίστροφο. Παρατηρούμε ότι αφού z z = z 2 1 είναιπραγματικόςαριθμός, z = 1,καισυνεπώς z 2 z z 1 = 1 z 2 z ή a+ib) 1 = Απόεδώέχουμεκαιτονκανόναγιατηδιαίρεση z w = z w w 2 ή a a 2 +b i b 2 a 2 +b. 2 a+ib c+id = a+ib)c id) c 2 +d 2 Εύκολα ελέγχουμε τις ακόλουθες ιδιότητες των συζυγών μιγαδικών αριθμών: z 1 +z 2 = z 1 + z 2 z 1 z 2 = z 1 z 2 z n ) = z) n Σημειώνουμε τις ακόλουθες ιδιότητες του μέτρου μιγαδικού αριθμού z = z = z z 1 z 2 = z 1 z 2 z 1 z 2 z 1 +z 2 z 1 + z 2 Αναφέραμε τη δυνατότητα ταύτισης του συνόλου των μιγαδικών αριθμών, C, με το επίπεδο, εφοδιασμένο με ένα ορθοκανονικό σύστημα αναφοράς. Μέσω αυτής της ταύτισης θα μιλάμε για το μιγαδικό επίπεδο. Στο μιγαδικό επίπεδο έχουμε τον πραγματικόάξονα,τονοποίοταυτίζουμεμετο R,καιτονφανταστικόάξονα,τονοποίο συμβολίζουμε Ri. Θα αξιοποιήσουμε αυτή τη δυνατότητα, χρησιμοποιώντας και γεωμετρικές έννοιες στη μελέτη των μιγαδικών αριθμών. Ηδη έχουμε δει την έννοια του μέτρου μιγαδικού αριθμού,τοοποίοπροφανώςείναιίσομετηναπόστασηαπότο 0στομιγαδικόεπίπεδο. Μία άλλη παρατήρηση είναι ότι ζεύγη συζυγών μιγαδικών αριθμών αποτελούνται από σημεία συμμετρικά ως προς τον πραγματικό άξονα.

32 Επίπεδο και Χώρος Σχήμα 2.1: Σημεία του μιγαδικού επιπέδου Τριγωνομετρική μορφή μιγαδικών αριθμών Θεωρούμε ένα μιγαδικό αριθμό z 0, στο επίπεδο, και υποθέτουμε ότι η ημιευθεία απότο0μέσωτου z,σχηματίζειγωνία ϑμετηθετικήημιευθείατουπραγματικού άξονα,όπου 0 ϑ < 2π. Σχήμα 2.2: Τριγωνομετρική μορφή μιγαδικού αριθμού Ηγωνία ϑσυνδέεταιμετα x = Rezκαι y = Imzμέσωτωνσχέσεων cosϑ = x x2 +y 2, sinϑ = y x2 +y 2 2.1)

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 33 Εάν z 0,ημοναδικήτιμή ϑηοποίαικανοποιείτιςεξισώσεις2.1καιβρίσκεταιστο διάστημα 0 ϑ < 2πονομάζεταιπρωτεύονόρισματουμιγαδικούαριθμού z,και συμβολίζεται με Argz). Κάθε άλλη τιμή ϑ που ικανοποιεί τις εξισώσεις 2.1 ονομάζεται όρισμα του z και συμβολίζεται argz). Είναι φανερό οτι δύο ορίσματα του z διαφέρουν κατά πολλαπλάσιο του 2π. Χρησιμοποιούμε το συμβολισμό argz) argw) για να δηλώσουμε οτι οι πραγματικοί αριθμοί argz) και argw) διαφέρουν κατά πολλαπλάσιο του 2π. Εάνγνωρίζουμεέναόρισματου z,καιτηναπόσταση rτου zαπότο0,μπορούμενα προσδιορίσουμετο z.τοπραγματικόμέροςτου zείναι x = rcosϑ,ενώτοφανταστικό μέροςτου zείναι y = rsinϑ.συνεπώς Παρατηρούμεότι r = x 2 +y 2 = z. z = x+iy = rcosϑ+irsinϑ = rcosϑ+isinϑ). Παράδειγμα2.1Εάν ϑ = 11 πκαι r = 2,τότε 6 z = 2 cos 11 ) 11 π +isin 6 6 π 3 = 2 2 +i 1 ) ) 2 = 3 i Αυτή η τριγωνομετρική μορφή έκφρασης των μιγαδικών αριθμών μας επιτρέπει να περιγράψουμε τον πολλαπλασιασμό μιγαδικών αριθμών γεωμετρικά. Θεωρούμετουςαριθμούς z 1 = r 1 cosϑ 1 +isinϑ 1 )και z 2 = r 2 cosϑ 2 +isinϑ 2 ),και υπολογίζουμε το γινόμενο z 1 z 2 = r 1 r 2 cosϑ 1 +isinϑ 1 )cosϑ 2 +isinϑ 2 ) = r 1 r 2 [cosϑ 1 cosϑ 2 sinϑ 1 sinϑ 2 )+icosϑ 1 sinϑ 2 +sinϑ 1 cosϑ 2 )] = r 1 r 2 cosϑ 1 +ϑ 2 )+isinϑ 1 +ϑ 2 )). Βλέπουμεδηλαδήότιτοάθροισματωνορισμάτωντωνμιγαδικώναριθμών z 1 και z 2 είναι ένα όρισμα του γινομένου τους argz 1 z 2 ) argz 1 +argz 2, 2.2)

34 Επίπεδο και Χώρος καιτομέτροτουγινομένουτωνμιγαδικώναριθμών z 1 και z 2 είναιτογινόμενοτων μέτρων τους z 1 z 2 = z 1 z 2. 2.3) Σχήμα 2.3: Γεωμετρική ερμηνεία του πολλαπλασιασμού μιγαδικών αριθμών Στο Σχήμα 2.3, τα σημεία A, B, C, D αντιστοιχούν στους μιγαδικούς αριθμούς z 1, z 2, z 1 z 2 και1αντίστοιχα.απότιςσχέσεις2.2και2.3συμπεραίνουμεότιτατρίγωνα ODBκαι OACείναιόμοια.Οπολλαπλασιασμόςμετο z 2 στομιγαδικόεπίπεδοείναι μίαομοιοθεσία,έναςμετασχηματισμόςπουαπεικονίζεικάθεσημείο z 1 τουεπιπέδου σεένασημείο z 3 τέτοιοώστετοτρίγωνοπουσχηματίζουντα z 1 και z 3 μετο0,να είναιόμοιομετοτρίγωνοπουσχηματίζουντα1και z 2 μετο0.μεαυτήτηνέννοια, το z 1 z 2 είναιπροςτο z 1,όπωςτο z 2 είναιπροςτο1, z 1 z 2 : z 1 = z 2 : 1. όπουωςαναλογίαδενεννοούμεαπλώςτηνισότητατουλόγουτωνμηκώνόπωςστην ευθεία των πραγματικών αριθμών) αλλά και την ισότητα των αντίστοιχων γωνιών. Μεόρουςδιανυσμάτων,οπολλαπλασιασμόςμετο z 2,στρέφειτοδιάνυσμαθέσης του z 1 κατάγωνία Argz 2 ),καιτοπολλαπλασιάζειμετοναριθμό z 2. Παρατηρούμεότιοπολλαπλασιασμόςμε zτέτοιοώστε z = 1,είναιαπλώςστροφή του μιγαδικού επιπέδου κατά γωνία Argz). Ειδικότερα, ο πολλαπλασιασμός με τη φανταστική μονάδα i, είναι περιστροφή κατά π/2. Από αυτή την άποψη αποκτά γεωμετρικόνόημαηιδιότητα i 2 = 1: ηεπανάληψητηςπεριστροφήςκατά π/2δίδει περιστροφή κατά γωνία π, η οποία απεικονίζει κάθε σημείο στο αντίθετο του: i 2 z = z.

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 35 Οαντίστροφοςένοςμιγαδικούαριθμού z 0,υπολογίζεταιεύκολαεάνοzείναι σε τριγωνομετρική μορφή. Εστω z = rcosϑ+isinϑ),καιυποθέτουμεότιοαντίστροφοςέχειτριγωνομετρική μορφή z 1 = tcosϕ+isinϕ). Εχουμε 1 = zw = rtcosϑ+ϕ)+iϑ+ϕ)) αλλάομιγαδικόςαριθμός 1έχειμέτρο 1καιόρισμα 0.Συνεπώς rt = 1και ϑ+ϕ 0, και καταλήγουμε z 1 = 1 r cos ϑ)+isin ϑ)) δηλαδή z 1 = 1,και ϑείναιέναόρισματου z z 1, argz 1 ϑ. Ειδικότερα,για τοπρωτεύονόρισματου z 1 έχουμε { Arg z 1 2π Argz εάν Argz 0 = 0 εάν Argz = 0 Η τριγωνομετρική μορφή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για τον υπολογισμό δυνάμεων μιγαδικώναριθμών.θεωρούμετοναριθμό z = rcosϑ+isinϑ)καιτιςδυνάμειςτου z 2 = rr cosϑ+ϑ)+isinϑ+ϑ)) = r 2 cos2ϑ)+isin2ϑ)) z 3 = r 2 r cos2ϑ+ϑ)+isin2ϑ+ϑ)) = r 3 cos3ϑ)+isin3ϑ)) και, όπως δείχνουμε εύκολα με επαγωγή στο n, z n = r n cosnϑ)+isinnϑ)). Αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται Θεώρημα του De Moivre. Εφαρμόζοντας το Θεώρημα στο z 1,βλέπουμεότιμπορείναεπεκταθείκαισεαρνητικούςακέραιους.Εάν n N, z n = r n cos nϑ)+isin nϑ)). Θεώρημα2.1Θεώρημα De Moivre)Γιακάθεμιγαδικόαριθμό z 0,καικάθε ακέραιο n Z,εάν z = rcosϑ+isinϑ),τότε z n = r n cosnϑ)+isinnϑ)) Άσκηση2.1Εάν zβρίσκεταιπάνωστομοναδιαίοκύκλο S 1,τότε z 1 = z. Στη συνέχεια θα εξετάσουμε κλασματικές δυνάμεις.

36 Επίπεδο και Χώρος Ρίζες της μονάδας Στοσύνολοτωνπραγματικώναριθμών,γιακάθεφυσικόαριθμό n,οαριθμός 1έχει μίαμοναδική n-οστήρίζαεάν nείναιπεριττός,ενώέχειδύο n-οστέςρίζες, 1και 1, εάνοnείναιάρτιος. Θαδούμεότιστοσύνολοτωνμιγαδικώναριθμώνοαριθμός1 έχειακριβώς n n-οστέςρίζεςγιακάθεφυσικόαριθμό n. Αναζητούμε τις λύσεις της εξίσωσης z n = 1. Γράφουμετο zσετριγωνομετρικήμορφή, z = rcosϑ+isinϑ)καιέχουμε z n = r n cosnϑ)+isinnϑ)) = 1, συνεπώς r n = 1, cosnϑ) = 1και sinnϑ) = 0. Συμπεραίνουμεότικάθε n-οστή ρίζατηςμονάδαςγράφεταιστημορφή cosϑ + isinϑ,όπου ϑικανοποιείτιςσχέσεις cosnϑ) = 1και sinnϑ) = 0.Απότιςσχέσειςαυτέςέχουμεότι nϑ = 2kπγια k Z, και συνεπώς ότι ϑ = k 2π, k Z. n Απομένει να δούμε ποιές από αυτές τις τιμές του ορίσματος δίδουν διαφορετικούς μιγαδικούςαριθμούς.εάνσυμβολίσουμε ϑ k = 2kπ n,έχουμε ϑ k+n = ϑ k +2π καισυνεπώς cosϑ k+n +isinϑ k+n = cosϑ k +isinϑ k.για k = 0, 1,...,n 1,έχουμε τις τιμές ϑ 0 = 0, ϑ 1 = 2π n,..., ϑ k = 2kπ n,..., ϑ n 1 = 2n 1)π n οι οποίες δίδουν όλες διαφορετικούς μιγαδικούς αριθμούς. Συμπεραίνουμε ότι υπάρχουν ακριβώς n n-οστες ρίζες της μονάδας στο μιγαδικό επίπεδο, οι αριθμοί για k = 0, 1,...,n 1. cos 2kπ n +isin 2kπ n Εάντώραορίσουμε w n = cos 2π +isin 2π,έχουμε,για k = 0,...,n 1 n n wn k = cos 2kπ 2kπ +isin n n. Πούβρίσκονταιαυτοίοιαριθμοίστομιγαδικόεπίπεδο;Για k = 0έχουμετο 1. Ολεςοι n-οστέςρίζεςτηςμονάδαςβρίσκονταιστομοναδιαίοκύκλο, S 1 = {z C : z = 1}, και η γωνία που σχηματίζεται από το 0 μεταξύ διαφορετικών ριζών είναι πολλαπλάσιο του 2π n.συμπεραίνουμεότιοι n-οστέςρίζεςβρίσκονταιστιςκορυφέςενόςκανονικού πολυγώνου,με nκορυφές,μίαεκτωνοποίωνβρίσκεταιστο 1.

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 37 Σχήμα 2.4: Τρίτες και τέταρτες ρίζες της μονάδας Ρίζεςτου a C Εάν a = 0,τότεγιακάθε n,ημοναδική n-οστήρίζατου aείναι 0: z n = 0 z = 0. Εάν a 0,υποθέτουμεότι aγράφεταισετριγωνομετρικήμορφήως a = scosϕ+ isinϕ). Οπραγματικόςαριθμός sείναιθετικός,καισυμβολίζουμε s 1/n τηθετική πραγματική n-οστήρίζατου s. Θέτουμε z 0 = s 1/n cos ϕ n +isin ϕ n),καιπαρατηρούμε ότι z0 n = a,δηλαδή z 0 είναιμίααπότις n-οστέςρίζεςτου ) a. n z Εάν z k είναιμιαάλλη n-οστήρίζατου a,έχουμε k z0 = 1,καισυνεπώς z k z0 είναι μία n-οστή ρίζα της μονάδας. Καταλήγουμε στο ακόλουθο αποτέλεσμα. Θεώρημα 2.2 Κάθε μιγαδικός αριθμός a 0, έχει n διαφορετικές μιγαδικές n-οστές ρίζες,καιεάν a = scosϕ+isinϕ)είναιμίατριγωνομετρικήμορφήτου a,οι n-οστές ρίζες είναι ϕ z k = s cos 1/n n + 2kπ ) ϕ +isin n n + 2kπ )) n για k = 0, 1,...,n 1. Εκθετική μορφή μιγαδικού αριθμού Θεωρούμετουςαριθμούς t + iϑκαι s + iϕ,καθώςκαιτους e t cosϑ + isinϑ)και e s cosϕ+isinϕ).παρατηρούμεότι e t cosϑ+isinϑ) e s cosϕ+isinϕ) = e t+s cosϑ+ϕ)+siniϑ+ϕ))

38 Επίπεδο και Χώρος και [ e t cosϑ+isinϑ) ] n = e nt cosnϑ)+isinnϑ)), δηλαδή ότι η αντιστοίχηση t+iϑ e t cosϑ+isinϑ) έχει τις ιδιότητες της εκθετικής συνάρτησης, να απεικονίζει αθροίσματα σε γινόμενα και ακέραια πολλαπλάσια σε δυνάμεις. Με βάση αυτή την παρατήρηση θα ορίσουμε τη μιγαδική εκθετική συνάρτηση e t+iϑ = e t cosϑ+isinϑ), ή e z = e Rez) cosimz)+isinimz)). Κάθε μη μηδενικός μιγαδικός αριθμός μπορεί να εκφραστεί σε εκθετική μορφή z = e log z +iargz. Η μιγαδική εκθετική συνάρτηση έχει τις ιδιότητες αʹ. e z e w = e z+w βʹ. e z ) n = e nz γʹ. e z ) 1 = e z δʹ. e z = e z εʹ. e z = e Rez και arge z ) Imz Άσκηση 2.2 Επαληθεύσατε τις παραπάνω ιδιότητες της μιγαδικής εκθετικής συνάρτησης. Εφαρμογές Παράδειγμα 2.2 Αναπτύγματα δυνάμεων των cos ϑ, sin ϑ. Εάν z = cosϑ+isinϑ,τότε 1 z = cosϑ isinϑκαι 2cosϑ = z + 1 z 2isinϑ = z 1 z.

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 39 Απότουςτύπουςτου De Moivre, z n = cosnϑ+isinnϑκαι z n = cosnϑ isinnϑ. Άρα 2cosnϑ = z n + 1 z n 2.4) 2isinnϑ = z n 1 z n 2.5) Θαχρησιμοποιήσουμετην2.4γιαναεκφράσουμετο cos 6 ϑσεπολλαπλάσιατης ϑ: 2 6 cos 6 ϑ = z + 1 ) 6 z και καταλήγουμε Ανάλογα υπολογίζουμε ότι = z 6 +6z 4 +15z 2 +20+15 1 z +6 1 2 z + 1 4 z 6 = z 6 + 1z ) +6 z 4 + 1z ) +15 z 2 + 1z ) +20 6 4 2 = 2cos6ϑ+12cos4ϑ+30cos2ϑ+20 cos 6 ϑ = 1 32 cos6ϑ+6cos4ϑ+15cos2ϑ+10) 2i) 5 sin 5 ϑ = καιαπότην2.5έχουμε = z 1 ) 5 z z 5 1z ) 5 5 z 3 1z ) +10 z 1 ) 3 z 2 5 sin 5 ϑ = 2sin5ϑ 5sin3ϑ+10sinϑ) και sin 5 ϑ = 1 16 sin5ϑ 5sin3ϑ+10sinϑ). Παράδειγμα 2.3 Αναπτύγματα των cos nϑ, sin nϑ σε δυνάμεις. Από την ταυτότητα cos6ϑ+isin6ϑ) = cosϑ+isinϑ) 6 = cos 6 ϑ+6icos 5 ϑsinϑ+15i 2 cos 4 ϑsin 2 ϑ +20i 3 cos 3 ϑsin 3 ϑ+15i 4 cos 2 ϑsin 4 ϑ +6i 5 cosϑsin 5 ϑ+i 6 sin 6 ϑ,

40 Επίπεδο και Χώρος χωρίζοντας το πραγματικό και το φανταστικό μέρος, έχουμε cos6ϑ = cos 6 ϑ 15cos 4 ϑsin 2 ϑ+15cos 2 ϑsin 4 ϑ sin 6 ϑ και sin6ϑ = 6cos 5 ϑsinϑ 20cos 3 ϑsin 3 ϑ+6cosϑsin 5 ϑ. Παράδειγμα2.4Οιδιωνυμικοίσυντελεστές n,για k = 0, 1,..., nορίζονταιως οι συντελεστές του αναπτύγματος του διωνύμου 1+x) n = n k=0 n x k, και μπορούμε να τους υπολογίσουμε από τον τύπο n n! n k +1)n k +2) n 1)n = = k!n! 1 2 k Προσέξτεοτι 0! = 1,καισυνεπώς n 0) = n = 1. Θεωρούμε τα αθροίσματα και C = n k=0 n coskϑ = 1+ncosϑ+ nn 1) 2 S = n k=0 n sinkϑ = nsinϑ+ nn 1) 2 cos2ϑ+...+cosnϑ sin2ϑ+...+sinnϑ. Παρατηρούμε ότι C και S είναι το πραγματικό και το φανταστικό μέρος, αντίστοιχα, τουαναπτύγματοςτου 1+e iϑ ) n : 1+e iϑ ) n = = n k=0 n k=0 = C +is. n e ikϑ Χρησιμοποιώντας τις τριγωνομετρικές ταυτότητες n coskϑ+isinkϑ) cos2ϕ = cos 2 ϕ sin 2 ϕ = 2cos 2 ϕ 1.

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 41 έχουμε sin2ϕ = 2sinϕcosϕ Συμπεραίνουμε ότι και 1+e iϑ ) n = 1+cosϑ+isinϑ) n = 2cos 2 ϑ 2 +2isin ϑ 2 cos ϑ ) n 2 = 2cos ϑ ) n cos ϑ 2 2 +isin ϑ ) n 2 = 2cos ϑ ) n cos nϑ ) nϑ +isin. 2 2 2 C = S = 2cos ϑ ) n cos nϑ 2 2 2cos ϑ ) n sin nϑ 2 2. Παράδειγμα 2.5 Εξετάζουμε το άθροισμα των n οστών ριζών της μονάδας, Παρατηρούμε ότι Q = 1+w n +w 2 n +...+w n 1 n. w n Q = w n 1+w n +...+w n 1 n ) = w n +w 2 n +...+w n 1 n = Q +w n n Συμπεραίνουμεότι w n 1)Q = 0,καιεφ όσον w n 1,έχουμε 1+w n +w 2 n +...+w n 1 n = 0. Ευθείες και κύκλοι στο μιγαδικό επίπεδο Η ευθεία που είναι παράλληλη στο διάνυσμα με συντεταγμένες a, b) και διέρχεται από το σημείο με συντεταγμένες c, d) αποτελείται από όλα τα σημεία με συντεταγμένες τηςμορφής x, y) = c, d) + ta, b)για t R. Απόαυτήτηνσχέσηπαίρνουμε,με

42 Επίπεδο και Χώρος απαλοιφή του t, την εξίσωση που ικανοποιούν οι συντεταγμένες x, y) των σημείων της ευθείας: bx c) = ay d) ή bx ay = cb da. Μπορούμε να εκφράσουμε την εξίσωση της ευθείας χρησιμοποιώντας μιγαδικούς αριθμούς.εάν α = a+ibκαι γ = c+id,τογενικόσημείο z = x+iyτηςευθείαςπου διέρχεταιαπότο γκαιείναιπαράλληληπροςτηνευθείαπουδιέρχεταιαπότο 0καιτο αικανοποιείτησχέση z = γ+tαγια t R.Γιανααπαλείψουμετο tαπότιςσχέσεις z = γ+tακαι z = γ+tᾱπολλαπλασιάζουμετηνπρώτημε ᾱκαιτηδεύτερημε ακαι παίρνουμε ᾱz ᾱγ = tᾱα = α z α γ. Ετσι καταλήγουμε στην εξίσωση που ικανοποιούν τα σημεία z της ευθείας, ᾱz γ) α z γ) = 0. 2.6) Οκύκλοςμεκέντροτοσημείομεσυντεταγμένες c, d)καιακτίνα r > 0αποτελείται απόόλατασημείαμεσυντεταγμένες x, y)πουαπέχουν rαπότοσημείο c, d),δηλαδή που ικανοποιούν την εξίσωση x c) 2 +y d) 2 = r 2. Στομιγαδικόεπίπεδοοκύκλοςμεκέντρο κ = c+idκαιακτίνα r > 0αποτελείται απότασημεία z = x+iyπουικανοποιούντηνεξίσωση z κ = r,δηλαδή z κ) z κ) = r 2. 2.7) Οι απεικονίσεις αντιστροφής στο μιγαδικό επίπεδο Στην πραγματική ευθεία R η απεικόνιση αντιστροφής t 1/t διατηρεί σταθερά τα σημεία 1και 1καιαπεικονίζειτασημείατουδιαστήματος 0, 1)στοδιάστημα 1, ) καιτασημείατουδιαστήματος 1, 0)στοδιάστημα, 1),καιαντίστροφατα σημεία του διαστήματος 1, ) στο διάστημα 0, 1) και τα σημεία του διαστήματος, 1) στο διάστημα 1, 0). Η απεικόνιση αντιστροφής δεν ορίζεται στο 0. Στο μιγαδικό επίπεδο θα θεωρήσουμε δύο απεικονίσεις αντιστροφής, την z 1/z, τηνοποίαθαονομάσουμεαναλυτικήαντιστροφή,καιτην z 1/ z,τηνοποίαθα ονομάσουμε γεωμετρική αντιστροφή. Και οι δύο αυτές απεικονίσεις ορίζονται σεόλοτομιγαδικόεπίπεδοεκτόςαπότο 0.

Κεφάλαιο 2 Μιγαδικοί Αριθμοί 43 Ηαναλυτικήαντιστροφήαπεικονίζειτο z = re iϑ = rcosϑ + isinϑ)στο z 1 = r 1 e iϑ = r 1 cosϑ isinϑ),δηλαδήστοσημείοτουοποίουτομέτροείναιτοαντίστροφοτουμέτρουτου z,καιτοόρισμαείναιτοαντίθετοτουορίσματοςτου z. Ηγεωμετρικήαντιστροφήαπεικονίζειτο z = re iϑ = rcosϑ + isinϑ)στο z 1 = r 1 e iϑ) = r 1 cosϑ + isinϑ),δηλαδήστοσημείοτουοποίουτομέτροείναιτο αντίστροφοτουμέτρουτουz,καιτοόρισμαείναιίσομετοόρισματουz.ηγεωμετρική αντιστροφήδιατηρείσταθεράτασημείαστομοναδιαίοκύκλο S 1 μεκέντροστο 0,για ταοποία z = 1καιστέλνειτασημείαστοεσωτερικότου S 1 σεσημείαστοεξωτερικό του S 1. Θεωρούμεένακύκλομεκέντρο κκαιακτίνα r,τουοποίουτασημείαικανοποιούν τηνεξίσωση z κ = r.θέλουμεναπροσδιορίσουμετηνεικόνατουκύκλουαπότην απεικόνιση fz) = 1/z,δηλαδήτοσύνολο {w C : w = 1z } {, z κ = r = w C : Από την εξίσωση του κύκλου έχουμε 1 w κ ) 1 w κ ) Εάν r 2 κ κ 0,ηεξίσωσηγίνεται = r 2 1 w w κ +κ κ = r2 w κ w 1 κ w κw = r 2 κ κ. w w w w = r2 κ κ κ w +κw r 2 κ κ) 2 r 2 κ κ } 1 w κ = r. w w + κ w r 2 κ κ + κw r 2 κ κ + κ κ = r 2 κ κ) ) ) 2 κ κ w w = κ κ r 2 κ κ r 2 w κ κ κ r 2 = r 2 r 2 κ κ) 2 r 2 κ κ r 2 ) 2 r κ κ r 2. 2.8) Δηλαδήτοσημείο wβρίσκεταισεκύκλομεκέντρο κ κ κ r 2 καιακτίνα r κ κ r 2. Εάν r 2 κ κ = 0,ηεξίσωσηγίνεται που είναι η εξίσωση μίας ευθείας. κw + κ w = 1 2.9) Συνοψίζοντας, η αναλυτική αντιστροφή z 1/z απεικονίζει τον κύκλο C

44 Επίπεδο και Χώρος σεκύκλο,εάν 0 C σεευθεία,εάν 0 C, και απεικονίζει την ευθεία ε σεκύκλο,εάν 0 ε σεευθεία,εάν 0 ε, Άσκηση 2.3 Δείξτεοτιηευθείαμεεξίσωση2.9)περνάειαπότοσημείο 1 2κ και είναικάθετηπροςτηνευθείαπουδιέρχεταιαπότο 0καιτο κ.