Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Линал.docx
Скачиваний:
8
Добавлен:
23.11.2019
Размер:
307.81 Кб
Скачать

2). Решить уравнение в поле комплексных чисел:

        .

Решение. Находим дискриминант  . По формуле корнейквадратного уравнения находим корни:

. Ответ:  .

   Замечание. Здесь мы использовали равенство  , откуда  .

   Определим операцию деления в любом поле К как умножение на обратный элемент:   положим по определению   и    .

   Легко проверить, что  ,

 (6)             .

 Действительно, 

.

   Однако, нет необходимости запоминать формулу (6). Лучше использовать одно простое правило. Но для этого введем сначала одно понятие.

Определение. Комплексное число   называется комплексносопряженным комплексному числу  .

   Из определения сразу же следует, что число   являетсякомплексно сопряженным числу  , т.е. такие числа, которые отличаются друг от друга лишь знаком мнимой части являютсякомплексно сопряженными друг другу.

Пример:   и  , i  и – i,   и т.п.

Правило деления комплексных чисел.

Для того, чтобы разделить одно комплексное число на другое, нужно числитель и знаменатель дроби умножить на число комплексносопряженное знаменателю.

.

Примеры.  ,

.

Замечание. Если  , то комплексно сопряженное к нему число обозначается  .

П.4. Свойства комплексно сопряженных чисел.

1.     .

2.    .

3.     .

4.    .

5.    

6.    .

7.    .

8.   

9. Для любого многочлена   с действительными коэффициентами от комплексной переменной z

     .

Доказательство. 1) Пусть   – произвольное комплексное число. Тогда по определению комплексно сопряженного числа   и  , ч.т.д.

2) Пусть  . Тогда   и  . С другой стороны,   и  , откуда и следует, что  .

3) Докажем с помощью метода математической индукции, что равенство   верно для любого числа слагаемых n.

а) База индукции.

При   равенство    только что доказано.

б) Индукционная гипотеза.

Предположим, что утверждение верно, если число слагаемых равно  : .

в) Индукционный переход.

Так как утверждение верно для двух слагаемых, то

. Далее используем индукционное предположение:

, откуда и следует доказываемое равенство.

4) Пусть  . Тогда   и  . С другой стороны,  , откуда и следует, что  .

5) Доказывается аналогично пункту 3) методом математической индукции.

6) Пусть   и k – произвольное натуральное число. Тогда по определению натуральной степени числа  , ч.т.д.

7) Пусть а – действительное число. Тогда   и по определению комплексно сопряженного числа  , ч.т.д.

8) Пусть  . По уже доказанным в пунктах 4) и 7) свойствах   , ч.т.д.

9) Пусть z – комплексная переменная и   – многочлен от комплекснойпеременной z с действительными коэффициентами: , где

– действительные числа. Тогда, используя уже доказанные свойства, получаем:

, ч.т.д.

Теорема доказана.

Пример. Вычислить  .

Решение. Обозначим  . Тогда  . Отсюда,  .

п.1.Формула Муавра.

Теорема. (Формула Муавра, 1707 г.)

Для любого целого числа n и любого действительного числа   имеет место следующее равенство:

              .                     (1)

   Доказательство. Разобьем доказательство на 3 этапа.

1) Пусть   – натуральное число. Так как комплексное число   имеет модуль  , то справедливость формулы Муавра в этом случае следует из следствия 2 теоремы об умножении комплексных чисел в тригонометрической форме записи.

2) Пусть теперь  . Тогда

, ч.т.д.

3) Пусть  , где   – натуральное число. Тогда по свойству целых степеней, которые справедливы в любом поле, в том числе и в полекомплексных чисел, имеем:

.

   Здесь мы использовали уже доказанные случаи формулы Муавра возведения в натуральную степень и в степень, равную (–1).

Теорема доказана.

Следствие. (О целых степенях комплексного числа.)

Пусть  . Тогда 

                .

Доказательство предоставляется читателю.

п.2. Деление комплексных чисел в тригонометрической форме записи.

Теорема. (О делении комплексных чисел в тригонометрической форме)

Пусть  , где   и  , где   – два произвольных комплексных числа записанных в тригонометрической форме. Тогда

              .                (2)

   Доказательство. Воспользуемся следствием формулы Муавра и правилом умножения комплексных чисел в тригонометрической форме записи. Получаем:

 

, ч.т.д.

Пример 1. Запишите комплексные числа   и   в тригонометрической форме и найдите их произведение   и частное  .

Решение. 1) Комплексное число   на комплексной плоскостинаходится во второй четверти, поэтому

.

2) Комплексное число   на комплексной плоскости находится во четвертой четверти, поэтому

.

3) 

.

Ответ:  .

Пример 2. Вычислить  .

Решение. Комплексное число   на комплексной плоскостинаходится в третьей четверти, поэтому  , 

Применим формулу Муавра:

.