Главная страница
Навигация по странице:

  • 1) Изображение комплексного числа на плоскости

  • 2) Арифметические операции над комплексными числами в алгебраической форме . а

  • 2) Умножение и деление комплексных чисел в тригонометрической и показа- тельной формах.

  • 3) Возведение комплексных чисел в степень. Формула Муавра.

  • 4) Извлечение корня из комплексного числа.

  • Примеры-решения-задач-Комплексные_числа. Комплексные числа I. Комплексные числа в алгебраической форме


    Скачать 180.69 Kb.
    НазваниеКомплексные числа I. Комплексные числа в алгебраической форме
    Дата27.04.2022
    Размер180.69 Kb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаПримеры-решения-задач-Комплексные_числа.pdf
    ТипДокументы
    #500191

    Комплексные
    числа
    I.
    Комплексные
    числа в алгебраической форме.
    Определение 1. Комплексным числом называется выражение вида
    iy
    x
    z
    +
    =
    , где x и y – действительные числа, число i называется мнимой единицей:
    1 2

    =
    i
    . Числа x и y на- зываются соответственно действительной и мнимой частями комплексного числа z и обозначаются x=Re z, y=Im z.
    1) Изображение комплексного числа на плоскости.
    Комплексное число изображается на плоскости
    XY
    O
    либо точкой М, имеющей коорди- наты (x,y), либо вектором с началом в точке О(0;0) и концом в точке М(x,y). Такую
    плоскость называют комплексной, ось ОХ – действительной (или вещественной)
    осью, а ось OY – мнимой осью.
    Пример 1.
    Изобразить на комплексной плоскости числа :
    i
    z
    z
    i
    z
    i
    z

    =

    =
    +
    =

    =
    4 3
    2 1
    ;
    4
    ;
    3 1
    ;
    2 2
    Решение.
    ;
    2
    ;
    2 2
    2 1
    1 1

    =
    =


    =
    y
    x
    i
    z
    ;
    3
    ;
    1 3
    1 2
    2 2
    =
    =

    +
    =
    y
    x
    i
    z
    ;
    0
    ;
    4 4
    3 3
    3
    =

    =


    =
    y
    x
    z
    ;
    1
    ;
    0 4
    4 4

    =
    =


    =
    y
    x
    i
    z

    2) Арифметические операции над комплексными числами в алгебраической
    форме
    .
    а
    ) Сложение, вычитание и умножение комплексных чисел в алгебраической фор-
    ме
    .
    Определение 2. Суммой (разностью) комплексных чисел называется комплексное чис- ло
    )
    y
    y
    (
    i
    )
    x
    x
    (
    )
    iy
    x
    (
    )
    iy
    x
    (
    z
    z
    z
    2
    1
    2
    1
    2
    2
    1
    1
    2
    1
    ±
    +
    ±
    =
    +
    ±
    +
    =
    ±
    =
    ;
    Произведением комплексных чисел называется комплексное число
    )
    y
    x
    y
    x
    (
    i
    )
    y
    y
    x
    x
    (
    )
    iy
    x
    (
    )
    iy
    x
    (
    z
    z
    z
    1
    2
    2
    1
    2
    1
    2
    1
    2
    2
    1
    1
    2
    1
    +
    +

    =
    +

    +
    =

    =
    ;
    Пример 2.
    Вычислить:
    );
    3 1
    (
    )
    2 2
    (
    i
    i
    +
    +

    );
    2 5
    (
    )
    1
    (
    i
    i


    +
    );
    3 1
    (
    )
    2 2
    (
    i
    i
    +


    )
    2 5
    (
    )
    1
    (
    i
    i


    +
    Решение.
    ;
    3
    )
    3 2
    (
    )
    1 2
    (
    )
    3 1
    (
    )
    2 2
    (
    i
    i
    i
    i
    +
    =
    +

    +
    +
    =
    +
    +

    ;
    3 4
    ))
    2
    (
    1
    (
    )
    5 1
    (
    )
    2 5
    (
    )
    1
    (
    i
    i
    i
    i
    +

    =


    +

    =


    +
    ;
    4 8
    )
    2 6
    (
    )
    6 2
    (
    )
    1
    (
    )
    6
    (
    2 6
    2 3
    )
    2
    (
    1
    )
    2
    (
    3 2
    1 2
    )
    3 1
    (
    )
    2 2
    (
    2
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    +
    =

    +
    +
    =



    +

    +
    =



    +



    +

    +

    =
    +


    ;
    3 7
    )
    5 2
    (
    )
    2 5
    (
    )
    1
    (
    )
    2
    (
    5 2
    5
    )
    2
    (
    1 5
    1
    )
    2
    (
    1 5
    1
    )
    2 5
    (
    )
    1
    (
    2
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    +
    =
    +

    +
    +
    =



    +
    +

    =



    +


    +


    +

    =


    +
    Ответ:
    i
    i
    i
    i
    3 7
    ;
    4 8
    ;
    3 4
    ;
    3
    +
    +
    +

    +
    б
    ) Комплексно-сопряженные числа
    Определение 3.
    Число
    iy
    x
    z

    =
    называется сопряженным числу
    iy
    x
    z
    +
    =
    Пример3.
    Найти числа, сопряженные числам
    i
    i
    2 5
    ;
    3 1

    +
    Решение.
    ;
    3
    ;
    3
    ;
    1 3
    1 1
    1 1
    1

    =


    =
    =

    +
    =
    y
    y
    x
    i
    z
    значит,
    i
    z
    3 1
    1

    =
    ;
    ;
    2
    ;
    2
    ;
    5 2
    5 2
    2 2
    2
    =



    =
    =


    =
    y
    y
    x
    i
    z
    значит,
    i
    z
    2 5
    2
    +
    =
    Ответ:
    ;
    2 5
    ;
    3 1
    i
    i
    +

    Пример4.
    Доказать,что если
    z
    z
    =
    , то z- действительное число.
    Решение.
    x
    z
    i
    x
    z
    y
    R
    x
    y
    y
    x
    x
    iy
    x
    iy
    x
    z
    z
    iy
    x
    z
    iy
    x
    z
    =

    +
    =




    =






    =
    =


    =
    +






    =

    =
    +
    =
    0 0
    Мнимая часть комплексного числа z равна 0, значит, z- действительное число.
    Пример5.
    Показать,что
    z
    i
    z
    z
    z
    z
    z
    Im
    2
    ;
    Re
    2
    =

    =
    +
    Решение.
    z
    x
    i
    x
    i
    y
    y
    x
    x
    iy
    x
    iy
    x
    z
    z
    iy
    x
    z
    iy
    x
    z
    Re
    2 2
    0 2
    )
    (
    )
    (
    )
    (
    )
    (
    =
    =
    +
    =

    +
    +
    =

    +
    +
    =
    +





    =
    +
    =
    ;

    z
    i
    yi
    yi
    x
    i
    y
    y
    x
    x
    iy
    x
    iy
    x
    z
    z
    iy
    x
    z
    iy
    x
    z
    Im
    2 2
    2 0
    ))
    (
    (
    )
    (
    )
    (
    )
    (
    =
    =
    +
    =


    +

    =


    +
    =






    =
    +
    =
    в
    ) Деление комплексных чисел в алгебраической форме.
    Определение 4.
    Отношением комплексных чисел называется комплексное число
    i
    y
    x
    y
    x
    y
    x
    y
    x
    y
    y
    x
    x
    z
    z
    z
    z
    z
    z
    z
    2 2
    2 2
    2 1
    1 2
    2 2
    2 2
    2 1
    2 1
    2 2
    2 1
    2 1
    +

    +
    +
    +
    =
    =
    =
    Пример 6.
    Вычислить :
    i
    i
    i
    i
    2 5
    1
    ;
    3 1
    2 2

    +
    +

    Решение.
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    29 7
    29 3
    29 7
    3
    )
    1
    (
    4 25 7
    )
    2 5
    (
    4 25 2
    5 2
    5
    )
    2 5
    (
    )
    2 5
    (
    )
    2 5
    (
    )
    1
    (
    2 5
    1
    ;
    5 4
    5 2
    10 8
    10 4
    10 8
    4
    )
    1
    (
    9 1
    8
    )
    6 2
    (
    9 1
    6 2
    6 2
    )
    3 1
    (
    )
    3 1
    (
    )
    3 1
    (
    )
    2 2
    (
    3 1
    2 2
    2 2
    2 2
    +
    =
    +
    =



    +

    =

    +
    +
    +
    =
    +


    +

    +
    =

    +


    =


    =


    =





    =

    +


    =


    +



    =
    +

    Ответ:
    i
    i
    29 7
    29 3
    ;
    5 4
    5 2
    +


    Пример 7.
    Вычислить :
    3 2
    3
    i
    i
    z

    +
    =
    ; найти Re z; Im z.
    Решение.
    7 5
    Im
    ;
    7 3
    Re
    ;
    7 5
    7 3
    7 5
    3 3
    4
    )
    2 3
    (
    )
    3 3
    2
    (
    3 3
    4 3
    2 3
    3 3
    2
    )
    3 2
    (
    )
    3 2
    (
    )
    3 2
    (
    )
    3
    (
    3 2
    3 2
    2
    =
    =
    +
    =
    +
    =
    +
    +
    +

    =


    +
    +

    +
    =
    +


    +

    +
    =

    +
    =
    z
    z
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    z
    Ответ:
    7 5
    Im
    ;
    7 3
    Re
    ;
    7 5
    7 3
    =
    =
    +
    z
    z
    i
    II.
    Тригонометрическая
    и показательная формы комплексного числа.
    1) Переход от алгебраической формы записи комплексного числа в тригономет-
    рическую
    и показательную.
    Тригонометрическая форма комплексного числа
    iy
    x
    z
    +
    =
    имеет вид
    )
    sin
    (cos
    ϕ
    ϕ
    i
    r
    z
    +
    =
    , где
    2 2
    y
    x
    z
    r
    +
    =
    =
    - модуль комплексного числа;

    φ-главное значение его аргумента, находится в пределах
    π
    ϕ
    π

    <

    и вычисляется по формулам :















    <
    =

    >
    =
    <
    <
    +


    <
    +
    >
    =
    =
    0
    ,
    0
    ,
    2 0
    ,
    0
    ,
    2 0
    ,
    0
    ,
    0
    ,
    0
    ,
    0
    ,
    y
    x
    y
    x
    y
    x
    x
    y
    arctg
    y
    x
    x
    y
    arctg
    x
    x
    y
    arctg
    Argz
    π
    π
    π
    π
    ϕ
    ;.
    Показательная форма комплексного числа
    iy
    x
    z
    +
    =
    имеет вид
    ϕ
    i
    e
    z
    z
    =
    Пример 8.
    Представить в тригонометрической и показательной формах комплексные числа :
    5
    ;
    2
    ;
    3 1
    ;
    3
    ;
    1 5
    4 3
    2 1

    =
    =
    +

    =


    =
    +
    =
    z
    i
    z
    i
    z
    i
    z
    i
    z
    Решение.





    =
    =
    =
    =
    +
    =

    



    >
    =
    >
    =

    +
    =
    4 1
    1 1
    2 1
    1
    )
    0
    (
    1
    )
    0
    (
    1 1
    1 2
    2 1
    1 1
    1 1
    1
    π
    ϕ
    arctg
    arctg
    z
    y
    y
    x
    x
    i
    z
    ; таким образом,
    )
    4
    sin
    4
    (cos
    2 1
    π
    π
    i
    z
    +
    =
    - тригонометрическая форма числа z
    1
    ;
    i
    e
    z
    4 1
    2
    π
    =
    - показательная форма числа z
    1
    ;



    


    π

    =
    π
    +
    π

    =
    +
    π

    =


    +
    π

    =
    ϕ
    =
    =
    +
    =

    +

    =


    



    <

    =
    <

    =



    =
    6 5
    6 3
    1 3
    1 2
    4 1
    3 1
    3 0
    1 0
    3 3
    2 2
    2 2
    2 2
    2 2
    2
    )
    (
    arctg
    arctg
    )
    (
    )
    (
    z
    )
    y
    (
    y
    )
    x
    (
    x
    i
    z
    ;
    ))
    sin(
    i
    )
    (cos(
    z
    6 5
    6 5
    2 2
    π

    +
    π

    =
    - тригонометрическая форма числа z
    2
    ;
    i
    e
    z
    6 5
    2 2
    π

    =
    - показательная форма числа z
    2
    ;







    =

    =

    =

    +
    =
    =
    =
    +
    =
    +
    +

    =


    



    >
    =
    <

    =

    +

    =
    3 2
    3
    )
    3
    (
    1 3
    2 4
    3 1
    )
    3
    (
    )
    1
    (
    )
    0
    (
    3
    )
    0
    (
    1 3
    1 3
    2 2
    3 3
    3 3
    3 3
    π
    π
    π
    π
    π
    ϕ
    arctg
    arctg
    z
    y
    y
    x
    x
    i
    z
    i
    e
    i
    z
    3 2
    3 2
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    2
    π
    π
    π
    =
    +
    =

    ;






    =
    =
    +
    =

    



    >
    =
    =

    =
    2 2
    2 0
    )
    0
    (
    2 0
    2 4
    2 2
    4 4
    4 4
    4
    π
    ϕ
    z
    y
    y
    x
    i
    z
    i
    e
    i
    z
    2 4
    2
    )
    2
    sin
    2
    (cos
    2
    π
    π
    π
    =
    +
    =
    ;






    =
    +
    =

    +
    =
    =
    +

    =

    



    =
    <

    =


    =
    π
    π
    π
    ϕ
    0 5
    0 5
    0
    )
    5
    (
    0
    )
    0
    (
    5 5
    5 2
    2 5
    5 5
    5 5
    arctg
    arctg
    z
    y
    x
    x
    z
    i
    e
    i
    z
    π
    π
    π
    5
    )
    sin
    (cos
    5 5
    =
    +
    =

    Ответ:
    ;
    2
    )
    4
    sin
    4
    (cos
    2 1
    4
    i
    e
    i
    i
    π
    π
    π
    =
    +
    =
    +
    ;
    2
    ))
    6 5
    sin(
    )
    6 5
    (cos(
    2 3
    6 5
    i
    e
    i
    i
    π
    π
    π

    =

    +

    =


    i
    e
    i
    i
    3 2
    2
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    2 3
    1
    π
    π
    π
    =
    +
    =
    +

    ;
    i
    e
    i
    i
    2 2
    )
    2
    sin
    2
    (cos
    2 2
    π
    π
    π
    =
    +
    =
    ;
    i
    e
    i
    π
    π
    π
    5
    )
    sin
    (cos
    5 5
    =
    +
    =

    Пример 9.
    Пусть
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    i
    e
    z
    i
    z
    z
    =
    +
    =
    )
    sin
    (cos
    . Найти z
    Решение.
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    i
    e
    z
    i
    z
    iy
    x
    z
    =
    +
    =
    +
    =
    )
    sin
    (cos
    ;
    1 1
    1 1
    1
    )
    sin
    (cos
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    i
    e
    z
    i
    z
    iy
    x
    z
    =
    +
    =

    =
    ;
    z
    y
    x
    y
    x
    z
    =
    +
    =

    +
    =
    2 2
    2 2
    1
    )
    (
    ;
    ϕ
    ϕ

    =

    =

    =
    )
    (
    )
    (
    1
    x
    y
    arctg
    x
    y
    arctg
    ;
    Таким образом,
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    i
    e
    z
    i
    z
    i
    z
    i
    z
    z

    =

    =

    +

    =
    +
    =
    )
    sin
    (cos
    ))
    sin(
    )
    (cos(
    )
    sin
    (cos
    1 1
    1
    Ответ:
    ϕ
    i
    e
    z
    z

    =
    2) Умножение и деление комплексных чисел в тригонометрической и показа-
    тельной
    формах.
    Умножение и деление комплексных чисел в тригонометрической и показательной формах производится по формулам :
    i
    e
    z
    z
    i
    z
    z
    z
    z
    )
    (
    2 1
    2 1
    2 1
    2 1
    2 1
    2 1
    ))
    sin(
    )
    (cos(
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    +

    =
    +
    +
    +

    =
    ;
    i
    e
    z
    z
    i
    z
    z
    z
    z
    )
    (
    2 1
    2 1
    2 1
    2 1
    2 1
    2 1
    ))
    sin(
    )
    (cos(
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ

    =

    +

    =
    Пример 10.

    Вычислить (в тригонометрической и показательной формах) :
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    2 3
    1
    ;
    3 1
    3
    ;
    3 1
    +

    +





    +
    Решение.
    )
    4
    sin
    4
    (cos
    2 1
    π
    π
    i
    i
    +
    =
    +
    ;
    ))
    6 5
    sin(
    )
    6 5
    (cos(
    2 3
    π
    π

    +

    =


    i
    i
    (см пример 8), поэтому
    )
    12 13
    sin
    12 13
    (cos
    2 2
    ))
    6 5
    4
    sin(
    ))
    6 5
    4
    (cos(
    2 2
    )))
    6 5
    (
    4
    sin(
    ))
    6 5
    (
    4
    (cos(
    2 2
    ))
    6 5
    sin(
    )
    6 5
    (cos(
    2
    )
    4
    sin
    4
    (cos
    2 3
    1
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    +
    =
    +
    +
    +
    =


    +


    =

    +

    +
    =


    +
    Так как значение аргумента находится вне интервала
    π
    ϕ
    π

    <

    (
    π
    π
    ϕ
    >
    =
    12 13
    ), а пе- риод тригонометрических функций синус и косинус равен
    π
    2 , то
    12 11
    cos
    )
    2 12 13
    cos(
    12 13
    cos
    π
    π
    π
    π

    =

    =
    ; аналогично
    12 11
    sin
    12 13
    sin
    π
    π

    =
    Окончательно получаем
    i
    e
    )
    sin
    i
    (cos
    i
    i
    12 11 2
    2 12 11 12 11 2
    2 3
    1
    π

    =
    π

    +
    π

    =


    +
    Аналогично, так как
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    2 3
    1
    π
    π
    i
    i
    +
    =
    +

    ,
    1 0
    2
    sin
    2
    cos
    )
    2 2
    3
    sin(
    )
    2 2
    3
    cos(
    2 3
    sin
    2 3
    cos
    )
    6 9
    sin(
    ))
    6 9
    cos(
    ))
    3 2
    6 5
    sin(
    )
    3 2
    6 5
    (cos(
    2 2
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    2
    ))
    6 5
    sin(
    )
    6 5
    (cos(
    2 3
    1 3
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    =
    +
    =
    +
    =
    =
    +

    +
    +

    =

    +

    =

    +

    =


    +


    =
    +

    +

    =
    +



    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Подобные преобразования выполним и в последнем примере:
    2 1
    2 3
    )
    6
    sin(
    ))
    6
    cos(
    ))
    2 3
    2
    sin(
    )
    2 3
    2
    (cos(
    2 2
    )
    2
    sin
    2
    (cos
    2
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    2 2
    3 1
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    +
    =
    +
    =

    +

    =
    +
    +
    =
    +

    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Ответ:
    i
    e
    i
    i
    i
    12 11 2
    2
    )
    12 11
    sin
    12 11
    (cos
    2 2
    3 1
    π
    π
    π

    =

    +

    =


    +
    ;
    ;
    3 1
    3
    i
    i
    i
    =
    +



    2 1
    2 3
    2 3
    1
    i
    i
    i
    +
    =
    +

    3) Возведение комплексных чисел в степень. Формула Муавра.
    При возведении комплексного числа в степень удобно пользоваться формулой Муав- ра:
    )
    sin(
    )
    cos(
    )
    sin
    (cos
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    n
    i
    n
    i
    n
    +
    =
    +

    Тогда степень n числа z вычисляется по формуле
    ))
    n
    sin(
    i
    )
    n
    (cos(
    z
    e
    z
    )
    e
    z
    (
    z
    n
    in
    n
    n
    i
    n
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    ϕ
    +
    =
    =
    =
    Пример 11.
    Вычислить :
    10 50 5
    3 1
    ;
    )
    3 1
    (
    ;
    )
    3
    (
    


    




    +
    +



    i
    i
    i
    i
    Решение.
    Так как
    ))
    6 5
    sin(
    )
    6 5
    (cos(
    2 3
    π
    π

    +

    =


    i
    i
    (см пример8), то
    (
    )
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    16 3
    16
    )
    2 1
    2 3
    (
    32
    ))
    6
    sin(
    )
    6
    (cos(
    32
    ))
    2 2
    6 25
    sin(
    )
    2 2
    6 25
    (cos(
    32
    ))
    6 25
    sin(
    )
    6 25
    (cos(
    32
    ))
    6 5
    (
    5
    sin
    )
    6 5
    (
    5
    (cos
    2 3
    5 5

    =

    =

    +

    =

    +

    +

    +

    =

    +

    =


    +


    =


    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Аналогично,
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    2 3
    1
    π
    π
    i
    i
    +
    =
    +

    , поэтому
    2 3
    2
    )
    2 3
    2 1
    (
    2
    ))
    3 2
    sin(
    )
    3 2
    (cos(
    2
    ))
    3 2
    sin(
    )
    3 2
    (cos(
    2
    ))
    17 2
    3 100
    sin(
    )
    17 2
    3 100
    (cos(
    2
    )
    3 100
    sin
    3 100
    (cos
    2
    ))
    50 3
    2
    sin(
    )
    50 3
    2
    (cos(
    2
    )
    3 1
    (
    49 49 50 50 50 50 50 50 50
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i

    +

    =
    +

    =

    +

    =

    +

    =


    +


    =
    =
    +
    =

    +

    =
    +

    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    В примере 8 мы получили следующий результат:
    i
    e
    i
    i
    i
    12 11 2
    2
    )
    12 11
    sin
    12 11
    (cos
    2 2
    3 1
    π
    π
    π

    =

    +

    =


    +
    , возведем данное число в 10 степень:
    2 2
    3
    )
    2 1
    2 3
    (
    2
    )
    6 5
    sin
    6 5
    (cos
    2 2
    )
    12 130
    sin
    12 130
    (cos
    2
    )
    2
    (
    )
    12 13
    sin
    12 13
    (cos
    2 2
    3 1
    6 6
    5 10 5
    10 10 10 10
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    i



    +


    =
    +

    =
    +
    =
    =
    +
    =








    +
    =
    


    




    +
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Ответ:
    (
    )
    ;
    16 3
    16 3
    5
    i
    i

    =


    ;
    2 3
    2
    )
    3 1
    (
    49 49 50
    i
    i

    +

    =
    +

    i
    i
    i
    6 6
    10 2
    2 3
    3 1


    +


    =
    


    




    +
    4) Извлечение корня из комплексного числа.
    Извлечение корня– операция, обратная возведению числа в степень.
    Определение 5. Комплексное число
    ω
    называется корнем n-ой степени из комплекс- ного числа z, если
    z
    n
    =
    ω
    Корни n-ой степени из комплексного числа вычисляются по формуле
    )
    n
    k
    sin
    i
    n
    k
    (cos
    z
    z
    n
    n
    π
    ϕ
    π
    ϕ
    2 2
    +
    +
    +
    =
    , где k=0;1;2…(n-1).
    Таким образом,
    n
    z
    имеет ровно n различных значений, образующих на комплексной плоскости правильный n-угольник, вписанный в окружность радиуса
    n
    z
    с центром в начале координат.
    Пример 12.

    Вычислить :
    4 3
    16
    ;
    1

    +
    i
    Изобразить все комплексные корни на плоскости.
    Решение.
    Так как
    )
    4
    sin
    4
    (cos
    2 1
    π
    π
    i
    i
    +
    =
    +
    (см пример 8), то
    2
    ,
    1
    ,
    0
    ,
    3 2
    4
    sin
    3 2
    4
    cos
    2
    )
    4
    sin
    4
    (cos
    2
    (
    1 3
    3 3
    =












    +
    +
    +
    =
    +
    =
    +
    k
    k
    i
    k
    i
    i
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Мы получили 3 различных значения корня :
    ;
    12
    sin
    12
    cos
    2 3
    0 2
    4
    sin
    3 0
    2 4
    cos
    2
    ;
    0 6
    6 0






    +
    =













    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    i
    i
    z
    k
    ;
    12 9
    sin
    12 9
    cos
    2 3
    1 2
    4
    sin
    3 1
    2 4
    cos
    2
    ;
    1 6
    6 1






    +
    =













    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    i
    i
    z
    k
    12 7
    sin
    12 7
    cos
    2
    )
    2 12 17
    sin(
    )
    2 12 17
    cos(
    2 12 17
    sin
    12 17
    cos
    2 3
    2 2
    4
    sin
    3 2
    2 4
    cos
    2
    ;
    2 6
    6 6
    6 2







    +

    =







    +

    =
    =






    +
    =













    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    i
    i
    i
    i
    z
    k
    Аналогично,
    )
    sin
    (cos
    16 16
    π
    π
    i
    +
    =

    . Вычислим корни из этого числа.
    3
    ,
    2
    ,
    1
    ,
    0
    ,
    4 2
    sin
    4 2
    cos
    16 16 4
    4
    =






    +
    +
    +
    =

    k
    k
    i
    k
    π
    π
    π
    π
    Вычислим все 4 комплексных корня:
    ;
    2 2
    )
    2 2
    2 2
    (
    2 4
    sin
    4
    cos
    2 4
    0 2
    sin
    4 0
    2
    cos
    2
    ;
    0 0
    i
    i
    i
    i
    z
    k
    +
    =
    +
    =






    +
    =







    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    ;
    2 2
    )
    2 2
    2 2
    (
    2 4
    3
    sin
    4 3
    cos
    2 4
    1 2
    sin
    4 1
    2
    cos
    2
    ;
    1 1
    i
    i
    i
    i
    z
    k
    +

    =
    +

    =






    +
    =







    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π

    ;
    2 2
    )
    2 2
    2 2
    (
    2 4
    5
    sin
    4 5
    cos
    2 4
    2 2
    sin
    4 2
    2
    cos
    2
    ;
    2 2
    i
    i
    i
    i
    z
    k


    =

    +

    =






    +
    =







    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    ;
    2 2
    )
    2 2
    2 2
    (
    2 4
    7
    sin
    4 7
    cos
    2 4
    3 2
    sin
    4 3
    2
    cos
    2
    ;
    3 3
    i
    i
    i
    i
    z
    k

    =

    =






    +
    =







    +
    +

    +
    =
    =
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Ответ:
    }
    ,
    ,
    {
    1 2
    1 0
    3
    z
    z
    z
    i
    =
    +
    , где
    ;
    12
    sin
    12
    cos
    2 6
    0






    +
    =
    π
    π
    i
    z
    ;
    12 9
    sin
    12 9
    cos
    2 6
    1






    +
    =
    π
    π
    i
    z
    ;
    12 7
    sin
    12 7
    cos
    2 6
    2







    +

    =
    π
    π
    i
    z
    }
    ,
    ,
    ,
    {
    16 3
    2 1
    0 4
    z
    z
    z
    z
    =

    , где
    ;
    2 2
    0
    i
    z
    +
    =
    ;
    2 2
    1
    i
    z
    +

    =
    ;
    2 2
    2
    i
    z


    =
    ;
    2 2
    3
    i
    z

    =
    III.
    Отыскание
    комплексных корней алгебраических уравнений.
    Пример 13.
    Решить уравнение
    0 1
    2 4
    2
    =
    +

    z
    z
    Решение.
    Данное уравнение является квадратным. Найдем его дискриминант и корни:
    (
    )
    ;
    12 12 12 16 4
    4 4
    )
    2
    (
    4 2
    2 2
    2
    i
    i
    ac
    b
    D

    =

    =

    =

    =



    =

    =
    (
    )
    4 3
    4 1
    8 12 2
    4 2
    12
    )
    2
    (
    2 2
    2
    ,
    1
    i
    i
    i
    a
    D
    b
    z
    ±
    =

    ±
    =


    ±


    =
    ±

    =
    Ответ:
    4 3
    4 1
    ;
    4 3
    4 1
    2 1
    i
    z
    i
    z

    =
    +
    =
    Пример 14.
    Решить уравнение
    0 5
    )
    3 2
    (
    2
    =

    +

    +
    i
    z
    i
    z
    Решение.
    Данное уравнение также является квадратным. Его коэффициентами являются ком- плексные числа. Найдем дискриминант этого уравнения, используя арифметические действия над комплексными числами в алгебраической форме (см п.I.2) :
    ;
    )
    (
    8 15 4
    20 9
    12 4
    )
    5
    (
    4
    )
    3 2
    (
    4 2
    2 2
    2
    iy
    x
    i
    i
    i
    i
    i
    i
    ac
    b
    D
    +
    =


    =
    +

    +

    =




    =

    =
    Действительную и мнимую части дискриминанта найдем, используя формулу квадрата суммы:
    i
    xy
    y
    x
    y
    i
    xyi
    x
    iy
    x
    )
    2
    (
    )
    (
    2
    )
    (
    2 2
    2 2
    2 2
    +

    =
    +
    +
    =
    +

    Два комплексных числа равны, когда равны их действительные и мнимые части. При- равнивая их, получаем систему для нахождения x и y:




    =

    =

    8 2
    15 2
    2
    xy
    y
    x
    Решим данную систему.











    =
    =



    =

    =









    =




    =
    =







    =
    =









    =





    =
    =









    =
    =











    =

    =

    


    








    =

    =

    4 1
    4 1
    4 4
    4 4
    16 4
    1 16 4
    0 16 15 4
    15 4
    8 2
    15 2
    2 2
    2 4
    2 2
    2 2
    y
    x
    y
    x
    y
    x
    y
    y
    y
    x
    y
    y
    x
    y
    y
    y
    x
    y
    y
    y
    y
    x
    y
    y
    xy
    y
    x
    Оба полученных комплексных числа (1-4i) и (-1+4i) в квадрате равны числу (-15-8i), то есть дискриминанту. Тогда корни квадратного уравнения равны
    (
    )
    2
    )
    4 1
    (
    3 2
    1 2
    4 1
    )
    3 2
    (
    2 2
    2
    ,
    1
    i
    i
    i
    i
    a
    D
    b
    z

    ±
    +

    =


    ±


    =
    ±

    =
    ;
    i
    i
    i
    i
    z
    i
    i
    i
    i
    z
    +
    =
    +
    =


    +

    =

    =

    =

    +
    +

    =
    1 2
    2 2
    2
    )
    4 1
    (
    3 2
    ;
    3 2
    2 6
    4 2
    )
    4 1
    (
    3 2
    2 1
    Ответ:
    i
    z
    i
    z
    +
    =

    =
    1
    ;
    3 2
    2 1
    Пример 15.
    Решить уравнение
    0 1
    3
    =
    +
    z
    Решение.
    3 3
    3 1
    1 0
    1

    =


    =

    =
    +
    z
    z
    z
    Таким образом, корнями исходного уравнения являются корни кубические из ком- плексного числа –1.Найдем эти корни по формулам извлечения корней n-ой степени из комплексного числа
    )
    2
    sin
    2
    (cos
    n
    k
    i
    n
    k
    z
    z
    n
    n
    π
    ϕ
    π
    ϕ
    +
    +
    +
    =
    , ( k=0;1;2…(n-1)) (см п.ІІ.4),предварительно переведя число -1 из алгебраической формы в тригонометриче- скую:
    π
    π
    sin cos
    1
    i
    +
    =

    2
    ,
    1
    ,
    0
    ),
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    1 1
    3 3
    =
    +
    +
    +
    =

    k
    k
    i
    k
    π
    π
    π
    π
    )
    0
    (
    2 3
    2 1
    3
    sin
    3
    cos
    )
    3 0
    2
    sin
    3 0
    2
    (cos
    1 3
    0
    =
    +
    =
    +
    =
    +
    +
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    ;
    )
    1
    (
    1 0
    1
    sin cos
    )
    3 2
    sin
    3 2
    (cos
    1 3
    1
    =

    =
    +

    =
    +
    =
    +
    +
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    ;
    )
    2
    (
    2 3
    2 1
    3
    sin
    3
    cos
    3 5
    sin
    3 5
    cos
    )
    3 4
    sin
    3 4
    (cos
    1 3
    2
    =

    =

    +

    =
    +
    =
    +
    +
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    π
    Ответ:
    i
    z
    z
    i
    z
    2 3
    2 1
    ;
    1
    ;
    2 3
    2 1
    2 1
    0

    =

    =
    +
    =
    Пример 16.
    Решить уравнение
    0 16 15 4
    8
    =

    +
    z
    z
    Решение.

    Сделав замену
    4
    z
    t
    =
    , получим квадратное уравнение
    0 16 15 2
    =

    +
    t
    t
    . Его корни
    1
    ;
    16 2
    1
    =

    =
    t
    t
    . Делаем обратную подстановку и решаем полученную совокупность уравнений:




    =

    =





    =

    =
    4 2
    4 1
    4 2
    4 1
    1 16 1
    16
    z
    z
    z
    z
    . Корни уравнения
    4 1
    16

    =
    z
    мы вычисляли в примере 12 (см п.ІІ.4 ), найдем корни уравнения
    4 2
    1
    =
    z
    0
    sin
    0
    cos
    1
    i
    +
    =
    - тригонометрическая форма числа 1.
    3
    ,
    2
    ,
    1
    ,
    0
    ,
    2
    sin
    2
    cos
    )
    4 2
    0
    sin
    4 2
    0
    (cos
    1 1
    4 4
    =
    +
    =
    +
    +
    +
    =
    k
    k
    i
    k
    k
    i
    k
    π
    π
    π
    π
    )
    0
    (
    1 0
    1 0
    sin
    0
    cos
    4 0
    2
    sin
    4 0
    2
    cos
    02
    =
    =
    +
    =
    +
    =
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    ;
    )
    1
    (
    1 0
    2
    sin
    2
    cos
    4 2
    sin
    4 2
    cos
    12
    =
    =
    +
    =
    +
    =
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    π
    π
    ;
    )
    2
    (
    1 0
    1
    sin cos
    4 4
    sin
    4 4
    cos
    22
    =

    =
    +

    =
    +
    =
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    π
    π
    ;
    )
    3
    (
    1 0
    2
    sin
    2
    cos
    4 6
    sin
    4 6
    cos
    32
    =

    =

    =

    +

    =
    +
    =
    k
    i
    i
    i
    i
    z
    π
    π
    π
    π
    Ответ:
    ;
    2 2
    i
    +
    ;
    2 2
    i
    +

    ;
    2 2
    i


    ;
    2 2
    i

    ;
    1
    ;
    ;
    1
    i
    i




    написать администратору сайта