Главная страница
Навигация по странице:

  • 7k − 19 = 5n

  • В этой главе мы познакомимся с комплексными числами, о ко- торых уже неоднократно упоминали. Итак, что же это такое

  • Тригонометрия. Книга будет незаменимым помощником для школьников стар ших классов, преподавателей, родителей и всех, интересующихся математикой


    Скачать 1.74 Mb.
    НазваниеКнига будет незаменимым помощником для школьников стар ших классов, преподавателей, родителей и всех, интересующихся математикой
    АнкорТригонометрия
    Дата16.04.2022
    Размер1.74 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаTrigonometria_-_Gelfand.pdf
    ТипКнига
    #477693
    страница9 из 10
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
    б) При каких значениях a уравнение cos x + cos(ax) = 2 имеет бесконечно много решений?
    Приложение. Линейные неопределенные уравнения с двумя неизвестными
    При отборе корней тригонометрических уравнений иногда прихо- дится отвечать на вопросы наподобие: «для каких k ∈ Z существу- ет такое n ∈ Z, что 44k + 6 = 166n»? Посмотрим на этот вопрос немного с другой стороны: выясним, для каких вообще целых k и n выполняется равенство 166n − 44k = 6. Такого рода задачи называются неопределенными уравнениями (точнее говоря, ли- нейными неопределенными уравнениями с двумя неизвестными,
    но эти уточняющие слова мы будем опускать, поскольку других неопределенных уравнений нам не встретится). Расскажем, как можно решать такие уравнения.
    Первое, что надо сделать для решения неопределенного урав- нения, — это найти наибольший общий делитель коэффициентов при неизвестных и попробовать сократить на него обе части урав- нения (разумеется, свободный член должен при этом остаться целым числом). Рассмотрим, например, уравнение 21k − 24n = 8.
    Наибольший общий делитель коэффициентов равен 3, и сокра- тить на него не удается, так как 8 на 3 не делится. Тогда можно сразу сказать, что это уравнение решений в целых числах не име- ет. В самом деле, если (k; n) — решение этого уравнения
    1
    , то левая
    1
    В этом приложении под «решением» мы всегда понимаем целочисленное решение.
    152
    часть делится на 3 (так как на 3 делятся оба коэффициента),
    а правая часть на 3 не делится. Значит, у этого уравнения реше- ний нет. Сформулируем примененное нами соображение в общем виде:
    Если в уравнении ax+by = c (с целыми a, b и c) коэффициенты a и b делятся на некоторое число d, а свободный член c не делится на d, то это уравнение не имеет решений в целых числах.
    Мы указали одну причину, по которой наше неопределенное уравнение может не иметь решений. Оказывается, во всех осталь- ных случаях решения обязательно будут.
    Если в неопределенном уравнении ax + by = c свободный член c делится на наибольший общий делитель коэффициентов a и b (в частности, так будет, если a и b вообще не имеют общих делите- лей, кроме единицы), то уравнение обязательно имеет решения в целых числах.
    Мы не будем доказывать это утверждение, а просто покажем,
    как искать решения.
    Решим уравнение 166n − 44k = 6. Для начала, как мы уже говорили, поделим обе части на 2: 83n − 22k = 3. Теперь выберем ту неизвестную, коэффициент при которой меньше по абсолютной величине — в нашем случае это k, — и выразим ее через другую неизвестную: k =
    83n − 3 22
    . Выделим в этой дроби целую часть:
    k =
    83n − 3 22
    =
    66n + 17n − 3 22
    = 3n +
    17n − 3 22
    (∗)
    Как видите, целочисленные решения нашего уравнения будут по- лучаться, если подставлять в него все те целые n, для которых число
    17n − 3 22
    тоже будет целым: ведь тогда из (∗) получается,
    что и k — целое число. Но как же узнать, когда число
    17n − 3 22
    будет целым? Для этого обозначим
    17n − 3 22
    буквой t и запишем:
    153

    17n − 3 22
    = t, или 17n − 3 = 22t. Как видите, снова получилось неопределенное уравнение, но его коэффициенты уже меньше,
    чем у исходного. Проделаем с этим новым уравнением ту же опе- рацию, что и c исходным: выразим из него ту неизвестную, коэф- фициент при которой меньше по абсолютной величине (на сей раз это будет n), и выделим из получающейся дроби целую часть:
    n =
    22t + 3 17
    =
    17t + 5t + 3 17
    = t +
    5t + 3 17
    (∗∗)
    Из (∗∗) видно, что число
    5t + 3 17
    обязано быть целым. Обозначим его буквой s:
    5t + 3 17
    = s, 5t + 3 = 17s. Продолжая в том же духе,
    выразим t через s:
    t =
    17s − 3 5
    = 3s +
    2s − 3 5
    Обозначим, далее,
    2s − 3 5
    буквой v:
    2s − 3 5
    = v, 2s − 3 = 5v,
    s =
    5v + 3 2
    = 2v +
    v + 3 2
    . Обозначим, наконец,
    v + 3 2
    буквой u:
    v + 3 2
    = u, v = 2u − 3. В этом месте наши мучения и кончают- ся. В самом деле, нам надо выяснить, для каких целых v чис- ло v + 3 2
    будет целым, и ответ на этот вопрос уже готов: если v = 2u − 3, где u — любое целое число! (дело тут, конечно, в том,
    что в неопределенном уравнении v = 2u − 3 коэффициент при v равен единице). Теперь, чтобы получить решения исходного урав- нения, нам осталось последовательно выразить v через u, s через v, t через s, n через t и k через n. Отправимся в обратный путь:
    v = 2u − 3; s = 2v +
    v + 3 2
    = 5u − 6; t = 3s +
    2s − 3 5
    = 17u − 21;
    n = t +
    5t + 3 17
    = 22u − 27; k = 3n +
    17n − 3 22
    = 83u − 102. Итак, ре- шение получено: k = 83u − 102, n = 22u − 27, где u — произвольное целое число. Стало быть, ответ на наш исходный вопрос таков:
    пусть k — целое число. Тогда 44k + 6 = 166n для некоторого n ∈ Z
    тогда и только тогда, когда k = 83u − 102, где u ∈ Z.
    154

    Изложенный нами способ нахождения решения линейного неопре- деленного уравнения с целыми коэффициентами называется ал- горитмом Евклида.
    Задача 25.5. Для каких целых k существует такое целое n, что

    7k − 19 = 5n?
    Задача 25.6. Решите уравнения в целых числах:
    а) 17x + 19y = 1;
    б) 26x − 78y = 143; в*) 7x
    2
    − 4y = 5.
    Задача 25.7. При решении в целых числах уравнения 166n−44k =
    = 6 нам пришлось ввести помимо n и k четыре дополнительные переменные (t, s, v и u). Приведите пример неопределенного урав- нения вида ax + by = c, в котором a и b — двузначные числа,
    для решения которого по изложенному методу надо ввести во- семь дополнительных переменных. Попробуйте также доказать,
    что большего количества дополнительных переменных при дву- значных a и b никогда не потребуется.
    § 26. Как решать тригонометрические неравенства
    Повторить: § 6. Определение тригонометрических функций.
    § 11. Графики синуса и косинуса.
    
    Рис. 26.1.
    Мы начнем с простейших неравенств,
    к которым любое тригонометрическое неравенство в конечном счете сводится.
    Пример 26.1. sin x > 1/2.
    Решение. Для начала выясним, какие точки на тригонометрической окружно- сти соответствуют решениям неравен- ства. Это — точки, ордината которых больше 1/2, и на окружности они запол- няют дугу P Q, отмеченную на рис.
    26.1
    Теперь можно записать множество чисел, соответствующих точкам на дуге P Q. Ясно, что это множество содержит интервал
    155

    (π/6; 5π/6) (π/6 соответствует точке P , 5π/6 — точке Q), а вооб- ще наше множество состоит из всех интервалов (π/6 + 2πk; 5π/6 +
    2πk), где k — целое: ведь если точке на тригонометрической окруж- ности соответствует число x, то ей же соответствуют и все числа вида x + 2πk (k ∈ Z) (рис.
    26.2
    ).
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    Рис. 26.2.
    Ответ к неравенству можно записать так:
    (π/6 + 2πk; 5π/6 + 2πk)
    (k ∈ Z)
    или еще проще: π/6 + 2πk < x < 5π/6 + 2πk.
    Пример 26.2. sin x 6 1/3.
    
    
    
    
    
    
    Рис. 26.3.
    Решение. На тригонометрической окружности множество решений неравенства изобразится ду- гой P Q, отмеченной на рис.
    26.3
    . Нам нужно выбрать на числовой оси какой-нибудь отрезок,
    соответствующий этой дуге, и тогда останется только прибавить к его границам 2πn. Выберем какое-нибудь число, соответствующее одному из концов дуги. Очевидно, точке P соответствует arcsin
    1 3
    . Раз это число выбрано, выбор числа, соответствующего другому концу,
    уже предопределен. Чтобы найти это число, надо сдвинуться из точки arcsin
    1 3
    на числовой оси в отрицательном направлении на расстояние, равное длине дуги P Q. Точке O на окружно- сти соответствует ноль, точке B — число −π, а точке Q — чис- ло, расположенное еще на arcsin
    1 3
    левее, то есть −π − arcsin
    1 3
    Стало быть, один из отрезков, соответствующих дуге P Q, будет h
    −π −arcsin
    1 3
    ; arcsin
    1 3
    i
    , а ответом к неравенству sin x
    6 1/3 будет
    156
    объединение отрезков h
    −π − arcsin
    1 3
    + 2πk; arcsin
    1 3
    + 2πk i
    (k ∈ Z).
    Разумеется, тот же ответ можно представить и по-иному, напри- мер h

    π
    2
    + 2πk; arcsin
    1 3
    + 2πk i
    ;
    h
    π − arcsin
    1 3
    + 2πk;

    2
    + 2πk i
    
    
    
    
    
    
    Рис. 26.4.
    Пример 26.3. tg x > −
    3 4
    Решение. Используя ось тангенсов, легко убедить- ся, что на тригонометрической окружности ре- шения неравенства изображаются двумя дугами,
    отмеченными на рис.
    26.4
    . Дуге P Q соответству- ет интервал
    

    π
    2
    ; arctg −
    3 4
    
    
    , а дуге M N — ин- тервал
    
    π
    2
    ; π + arctg −
    3 4
    
    
    . Второй из этих ин- тервалов получается из первого сдвигом на π, так что ясно, что ответ к неравенству — это объединение интервалов
    

    π
    2
    + πn; arctg
    

    3 4
    
    + πn
    
    (n ∈ Z).
    При решении простейших тригонометрических неравенств мож- но также пользоваться не тригонометрическим кругом, а графи- ками. Например, чтобы решить то же неравенство sin x
    6 1/3,
    достаточно отметить на числовой оси такие точки, что лежащие над ними точки графика y = sin x имеют ординату не более 1/3
    (рис.
    26.5
    ). По этому рисунку легко записать ответ.
    При оформлении решений простейших тригонометрических неравенств не надо записывать рассуждений наподобие тех, что мы проводили в этих примерах: достаточно рисунка наподобие рис.
    26.3
    и ответа. Можно также нарисовать рисунок наподобие рис.
    26.5
    и опять же записать ответ.
    Задача 26.1. Решите неравенства:
    157

    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    Рис. 26.5.
    а) cos x
    > 0;
    б) sin x < 0;
    в) cos 100x
    > 0;
    г) cos x
    100 6 0;
    д) tg 2x < 0.
    Задача 26.2. Решите неравенства:
    а) sin 2x
    >

    2 2
    ;
    б) sin x < −
    1 2
    ;
    в) | sin x|
    6

    3 2
    ;
    г) tg x
    > 1;
    д) | tg x| >

    3 3
    Задача 26.3. Решите неравенства:
    а) sin x <
    1 4
    ;
    б) cos 3x > −
    2 9
    ;
    в) | sin x|
    6

    10 10
    ;
    г) tg x
    >

    5.
    Задача 26.4. Решите неравенства:
    а) sin x > sin 1;
    б) sin x
    6 sin 7;
    в) cos x > cos 10;
    г) cos x
    6 sin 2;
    д) tg x < ctg 10.
    Задача 26.5. Решите неравенства:
    а) 2 sin
    2
    x − 3 cos x − 1 > 0;
    б) 9 cos 4x + 6 cos 2x + 5 < 0;
    в) cos 2x − 2 sin x + 5 > 0.
    Задача 26.6. Решите неравенства:
    158
    а) arccos x
    >
    π
    3
    ;
    б) arccos x < 2;
    в) arcsin x
    6 −
    1 4
    ;
    г) arccos x <
    π
    6
    Приведем пример решения более сложного неравенства.
    Пример 26.4.
    2 sin x + 1 2 cos x
    2
    − 1
    > 0.
    Решение. Мы применим «метод интервалов», который должен быть вам знаком по решению рациональных неравенств. Рецепт таков: надо на числовой оси отметить те точки, в которых обраща- ются в нуль числитель и знаменатель; на каждом из интервалов,
    на которые делится этими точками числовая ось, знак левой части будет постоянен, и останется только записать ответ как объедине- ние интервалов с нужным знаком. В случае тригонометрических неравенств точек и интервалов будет, как правило, бесконечно много, однако они будут периодически повторяться, поэтому до- статочно все проделать на отрезке длиной в период.
    В нашем случае наименьшим периодом числителя будет 2π,
    а знаменателя 4π. Будем поэтому рассматривать знак левой ча- сти на отрезке [0; 4π]: его длина равна 4π, а это число служит периодом как числителя, так и знаменателя.
    Легко видеть, что на отрезке [0; 4π] числитель обращается в нуль в точках

    6
    ,
    11π
    6
    ,
    19π
    6
    и
    23π
    6
    , а знаменатель — в точках

    3
    и
    10π
    3
    . Знаки числителя, знаменателя и левой части удобно записать в таблице (точки, в которых знаменатель обращается в нуль, мы в интервалы не включили).
    Интервал h
    0;

    3
    
    

    3
    ;

    6
    i h

    6
    ;
    11π
    6
    i h
    11π
    6
    ;
    19π
    6
    i
    2 sin x + 1
    +
    +

    +
    2 cos x
    2
    − 1
    +



    Левая часть
    +

    +

    159

    Интервал h
    19π
    6
    ;
    10π
    3
    
    h
    10π
    3
    ;
    23π
    6
    i h
    23π
    6
    ; 4π
    i
    2 sin x + 1


    +
    2 cos x
    2
    − 1

    +
    +
    Левая часть
    +

    +
    Теперь, выделяя промежутки, на которых левая часть неот- рицательна, и прибавляя к их концам 4πk, получаем
    Ответ:
    h
    4πk;

    3
    + 4πk
    
    ;
    h

    6
    + 4πk;
    11π
    6
    + 4πk i
    ;
    h
    19π
    6
    + 4πk;
    10π
    3
    +
    + 4πk i
    ;
    h
    23π
    6
    + 4πk; 4π + 4πk i
    (k ∈ Z).
    Задача 26.7. Ответ к неравенству из примера
    26.4
    можно записать и так:
    h

    6
    + 4πk;
    11π
    6
    + 4πk i
    ;
    h
    19π
    6
    + 4πk;
    10π
    3
    + 4πk i
    ;
    h
    23π
    6
    +
    + 4πk;
    14π
    3
    + 4πk
    
    (k ∈ Z). Убедитесь, что ответ в этой форме задает то же самое множество значений x.
    Задача 26.8. Решите неравенства:
    а)
    sin 3x sin 5x
    6 0;
    б) cos 2x
    > cos
    
    x +
    π
    6
    
    ;
    в)
    3 sin x + 1 2 cos x + 1
    < 1.
    § 27. Задачи на повторение
    Задача 27.1. Решите уравнения:
    а) sin x + cos x = cos 2x;
    б) sin
    2
    x + cos
    2 3x = 1;
    в)
    cos
    2 3t tg t
    +
    cos
    2
    t tg 3t
    = 0;
    г) sin
    6
    x + cos
    6
    x = sin 2x;
    д) ctg x + ctg 3x = tg 2x;
    е) tg 3x − tg x = 4 sin x;
    ж) 5 sin x + 12 cos x = 13 sin 3x;
    160
    з) cos
    2
    x − cos
    4
    x = sin
    2
    x sin 3x − 1;
    и) 3 ctg t − 3 tg t + 4 sin 2t = 0;
    к) sin x − cos x + 5 sin x cos x = 1;
    л) sin x(3 sin 2x sin
    3
    x + 12 sin 2x sin x − 16 cos x) + 2 sin 4x = 0;
    м) 2 cos
    
    2x −
    π
    3
    
    + 1 = cos
    
    x +
    π
    3
    
    ;
    н) sin 3x sin x + 1 = cos 2x;
    о) cos 2x + 2 cos x + 7 = 2 sin
    

    2
    + x
    
    + 4 sin
    2
    x
    2
    ;
    п) 4(sin 4x − sin 2x) = sin x(4 cos
    2 3x + 3);
    р) sin 3x − sin x + cos 2x = 1;
    с)

    3 sin x + 2 cos x =

    3 + sin 2x;
    т) sin x + cos 4x + 2 sin 5x = 4.
    Задача 27.2. Решите уравнения а)

    5 cos x − cos 2x + 2 sin x = 0;
    б)

    1 − 4 sin x =

    1 − 4 cos 2x;
    в) (1 + 2 cos x)
    psin(x + π/4) = 0;
    г)
    r 1 2
    + sin x =
    r 1 2
    + sin 3x;
    д)

    2 sin x sin 2x =

    5 cos x + 4 sin 2x;
    е)

    5 sin x − cos 2x + 2 cos x = 0;
    ж)
    r cos 2x + sin x
    2
    =
    r sin x + sin x
    2
    Указание. Уравнение

    a = b равносильно системе
     a = b
    2
    ;
    b > 0,
    урав- нение

    a =

    b равносильно любой из систем
     a = b;
    a > 0
    или
     a = b;
    b > 0.
    Задача 27.3. Решите уравнения:
    а)
    cos
    2
    x
    2

    1 3
    = 3 cos x + 1;
    б)
    | cos x|
    cos x
    = cos 2x − 1;
    161
    в) 4| cos x| + 3 = 4 sin
    2
    x;
    г) cos
    
    1
    sin x
    
    =
    1 2
    ;
    д) sin
    
    π

    8 cos x
    
    = cos
    
    π

    8 sin x
    
    ;
    е) cos(π arcctg
    2
    x) =
    1 2
    ;
    ж) sin
    
    13π
    9
    · sin x
    
    = −

    3 2
    Задача 27.4. Решите системы уравнений:
    а)
    (
    tg x + ctg x = 2 sin
    
    y −

    4
    
    ;
    tg y + ctg y = 2 sin
    
    x +

    4
    
    б)
    (√
    cos 2x cos x = 0;
    2 sin
    2
    x − cos
    
    2y −
    π
    3
    
    = 0.
    в)
    (
    sin x cos y = −
    1 2
    ;
    tg x ctg y = 1.
    г)
    (
    sin(x − y) = 2 cos x sin y;
    cos(2x + y) + cos x cos y = 0.
    д)
    (
    4 sin x − 2 sin y = 3;
    2 cos x − cos y = 0.
    е)
    ( p
    1 + sin x sin y = cos x;
    2 sin x ctg y + 1 = 0.
    Задача 27.5. Решите неравенства:
    а) cos 2x
    > sin x;
    б) cos 2x > cos x − sin x;
    в) 2 cos x(cos x −

    8 tg x) < 5;
    г) 4 sin x sin 2x sin 3x
    > sin 4x;
    д) (cos x − cos 5x)(2 sin x + 3 cos x + 4) > 0;
    е)
    1
    cos
    2
    x
    − 1 >
    | tg x −

    3| +

    3
    ctg x
    162

    Задача 27.6. Решите уравнения:
    а) sin
    2
    x + cos
    2 14x = sin x + cos 14x −
    1 2
    ;
    б) x
    2
    + 2x sin(xy) + 1 = 0;
    в) sin
    10
    x + cos
    16
    x = 1;
    г) sin
    2
    x − 2 sin x sin y − 2 cos
    2
    y + cos
    4
    y +
    1 4
    = 0;
    д) 2

    3 sin 5x −

    3 sin x = cos 24x cos x + 2 cos 5x − 6.
    Задача 27.7. Найдите sin α, если sin 2α >
    3 5
    и tg α
    6 1
    3
    Задача 27.8. При каждом значении параметра a решите уравнение
    3 cos x sin a − sin x cos a − 4 cos a = 3

    3.
    Задача 27.9. Найдите множество значений функции y = sin
    2
    x − 12 sin x cos x + 3 cos
    2
    x + 1.
    163

    Глава 6
    Комплексные числа
    § 28. Что такое комплексные числа
    Повторить: § 17: векторы на плоскости.

    В этой главе мы познакомимся с комплексными числами, о ко- торых уже неоднократно упоминали. Итак, что же это такое?
    Как известно, из отрицательного числа извлечь квадратный корень невозможно: квадраты всех чисел неотрицательны. Да- вайте, однако, вообразим, что нашлось такое необычное число i,
    квадрат которого равняется −1. Посмотрим, что получится, если это число i добавить к обычным числам.
    Для начала поумножаем i на само себя: i
    2
    = −1 (как мы и договаривались), тогда i
    3
    = (i
    2
    ) · i = (−1) · i = −i; i
    4
    = i
    3
    i =
    = (−i) · i = −i
    2
    = −(−1) = 1 и т. д.
    Задача 28.1. Чему равно i
    5
    ? i
    6
    ? i
    2003
    ?
    Теперь давайте умножать число i на обычные числа и скла- дывать его с обычными числами. При этом будут получаться выражения наподобие 1 − i, −4i, 2 + 5i и т.д. Раскрывая скобки и приводя подобные члены, такие выражения можно складывать и перемножать; поскольку i
    2
    всякий раз можно заменять на −1,
    164
    в выражения, получающиеся после упрощений, i будет входить не более чем в первой степени:
    (2 + 5i) + (3 − i) = 2 + 3 + 5i − i = 5 + 4i;
    (2 + 5i)(3 − i) = 6 + 15i − 2i − 5i
    2
    = 6 + 13i − 5(−1) = 11 + 13i.
    Задача 28.2. Упростите выражения: а)

    3 + i
    
    3
    ; б) (1 + i)
    20
    Имея в распоряжении число i, мы можем извлечь корень не только из −1, но и из любого отрицательного числа. Например, в качестве

    −2 подойдет число i

    2, поскольку (i

    2)
    2
    = i
    2
    · 2 = −2.
    Впрочем, −i

    2 также даст в квадрате −2; число −i

    2 мы тоже будем называть квадратным корнем из −2. Выделять из этих двух квадратных корней один «арифметический корень» мы не будем:
    для чисел, в записи которых участвует i, не удается разумным образом определить, какие из них следует считать положитель- ными, а какие — отрицательными.
    Задача 28.3. Пользуясь формулой для корней квадратного урав- нения, найдите корни уравнения x
    2
    − 4x + 5 = 0 (дискриминант этого уравнения отрицателен, так что в их записи будет участво- вать i). Проверьте найденные значения x, подставив их в уравне- ние.
    А если выражение с i стоит в знаменателе? Сейчас мы увидим,
    что всякую дробь, в знаменателе которой присутствует i, можно преобразовать так, чтобы в знаменателе были только обычные числа. Покажем это на примере.
    Пусть требуется упростить выражение
    1 2 + 3i
    . Поступим так же, как мы делали, когда в школьных примерах избавлялись от иррациональности в знаменателе: домножим числитель и знаме- натель на «сопряженное выражение» 2 − 3i:
    1 2 + 3i
    =
    2 − 3i
    (2 + 3i)(2 − 3i)
    =
    2 − 3i
    4 − (−9)
    =
    2 13
    +
    3 13
    i.
    Задача 28.4. Упростите выражения: а)
    7 − 11i
    3 + i
    ; б)
    1
    i
    165

    Теперь можно ответить на вопрос, стоящий в заглавии этого параграфа: комплексные числа — это те самые выражения с уча- стием i, которыми мы до сих пор занимались. Точнее говоря:
    Комплексным числом называется выражение вида a + bi, где a и b — обычные (действительные, или вещественные) числа.
    Комплексные числа a + bi и c + di считаются равными, если a = c и b = d. Чтобы сложить или перемножить два комплекс- ных числа, надо раскрыть скобки и привести подобные члены,
    заменяя i
    2
    на −1.
    Если провести это приведение подобных в общем виде, полу- чится вот что:
    (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i;
    (a + bi)(c + di) = (ac − bd) + (ad + bc)i.
    Чтобы поделить одно комплексное число на другое, надо «до- множить на сопряженные»:
    a + bi c + di
    =
    (a + bi)(c − di)
    (c + di)(c − di)
    =
    ac + bd c
    2
    + d
    2
    + i bc − ad c
    2
    + d
    2
    Задача 28.5. Умножьте a + bi c + di
    , вычисленное по вышеприведенной формуле, на c+di и убедитесь, что действительно получится a+bi
    (то есть что деление комплексных чисел действительно является действием, обратным к умножению).
    Комплексное число a+bi удобно изображать точкой на плоско- сти с координатами (a; b) (рис.
    28.1
    ). Абсцисса этой точки, то есть a, называется вещественной (или действительной) частью числа a+bi, а ордината этой точки, то есть b, называется мнимой частью числа a + bi. Плоскость с системой координат, на которой изобра- жаются комплексные числа, называется комплексной плоскостью.
    Комплексные числа, мнимая часть которых равна нулю, рас- полагаются при таком изображении на оси абсцисс (когда речь
    166

    
    
    
    
    
    
    
    
    
    Рис. 28.1. Комплексная плоскость.
    идет о таком изображении комплексных чисел, ось абсцисс при- нято называть вещественной, или действительной, осью, а ось ор- динат — мнимой осью). Комплексные числа, лежащие на действи- тельной оси, складываются и умножаются так же, как обычные действительные числа: ведь в их записи i не участвует. Поэто- му можно считать, что действительные числа — частный случай комплексных, а действительная ось, которую они заполняют, —
    это знакомая нам с младших классов числовая прямая.
    Задача 28.6. Докажите, что уравнение z
    2
    = −1 не имеет (в ком- плексных числах) других решений, кроме i и −i.
    Указание. Пусть z = x + iy. Тогда z
    2
    = x
    2
    − y
    2
    + i · 2xy. По условию, z
    2
    = −1. Так как комплексные числа равны тогда и только тогда, когда равны их действительные и мнимые части,
    получаем:
    (
    x
    2
    − y
    2
    = 1;
    2xy = 0.
    Решите эту систему уравнений.
    Задача 28.7. Найдите все комплексные решения уравнения z
    3
    = 1
    и изобразите их на комплексной плоскости.
    Указание. Решений три; на комплексной плоскости они ока- жутся вершинами правильного треугольника.
    Задача 28.8. Найдите все комплексные решения уравнения z
    2
    =
    = 5 − 12i.
    167

    Задача 28.9. Докажите, что для всякого отличного от нуля ком- плексного числа a + bi существуют ровно два решения уравнения z
    2
    = a + bi.
    Результат задачи
    28.9
    показывает, что, имея в своем распоря- жении комплексные числа, можно извлекать квадратные корни не только из отрицательных, но и вообще из любых комплексных чисел.
    Если дано комплексное число z = a + bi, то сопряженным к нему называется число a − bi. Мы уже сталкивались с сопря- женными комплексными числами, когда обсуждали деление ком- плексных чисел. Число, сопряженное к комплексному числу z,
    обозначается ¯
    z. Говорят еще, что числа z и ¯
    z сопряжены друг дру- гу. Сопряженные числа изображаются на комплексной плоскости точками, симметричными относительно действительной оси.
    Задача 28.10. Докажите тождества:
    а) ¯
    (¯)
    z = z; б) (z + w) = ¯
    z + ¯
    w; в) (zw) = ¯
    z + ¯
    w.
    Задача 28.11. Пусть z и w — комплексные числа, не являющиеся действительными. Докажите, что z и w сопряжены тогда и только тогда, когда z + w и zw — действительные числа.
    Задача 28.12. Докажите, что всякое квадратное уравнение с дей- ствительными коэффициентами и отрицательным дискриминан- том имеет два комплексных корня, сопряженных друг с другом.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


    написать администратору сайта