(1-i )3 (1+i)2 =(
е
)3 (
)2=
=23 e 2e
=23(-1)2i=-16i
Отметим, что из геометрической интерпретации (рис23.3) вытекает правило равенства комплексных чисел, записанных в показательной форме: если Z 1 = r1 Z2=r2
то равенство Z 1 =Z 2 имеет место тогда и только тогда, когда r 1 = r 2 и
=
+2k
где k- некоторое целое число. Таким образом, Z 1 =Z 2 тогда и только тогда, когда
=
и arg Z1=arg Z2+2
(23..34)
где к – целое число.
С помощью комплексных чисел удобно записать многие формулы аналитической геометрии.
Пусть А1=(х1 ,у1) А2=(х2 ,у2) 0=(0,0) - точки на плоскости (х, у) векторы. Этим векторам отвечают комплексные числа Z1=х1+iy1, Z2 =х2+iy2 Имеем:
Z 1Z 2 = х1 у1 +х2 у2+i (х1 у2-х2 у1)
Действительная часть этого выражения равна скалярному произведению векторов
: (а1 а2) = Re(Z 1Z 2),
а его мнимая часть равна ориентированной площади S треугольника с вершинами в точках О, А1, А2
S= Im (Z 1Z 2)=
Пусть А(х, у) – точка плоскости (х, у) найдем ее координаты (х, у) в новой системе координат, полученной из старой поворотом на угол Точке А отвечает комплексное число х + iy=re i
Тогда
х1+iy1=rei(φ-α)=reiφ e-iα=(x+iy)e-iα,то есть
|
|
х1+iу1= (х +iу)(cos -isin
)
Отсюда, приравнивая действительные и мнимые части, находим
Х1=х cos +у sin
,у1=-х sin
+у cos
Пример 23.9. Записать в тригонометрической форме комплексное число Z=-1-i
Решение. Так как любое комплексное число Z=х+iу (Z¹0) можно записать в тригонометрической форме
Z =r (cos j+ i sin j), где r=
= arg Z
Имеем =
=2
tg =
=
=
Следовательно,
-1-i =2
Пример 23.10. Найти действительные корни уравнения cosх +i sinх=
Решение. Данное уравнение корней не имеет. В самом деле, это уравнение равносильно следующим:
Cos х = sin х =
Последние уравнения несовместны, так как
cos2х + sin2х= что невозможно ни при каких значениях х.
Пример 23.11. Найти все комплексные числа Z , удовлетворяющие условию Zn-1=
Решение. Так как любое число можно записать в показательной форме Z=rеiφ
r= ,
= arg Z. Пусть Z=rеiφ. Тогда
=rе-iφ согласно условию rn-1ei(n-1)j= rе-iφ
или rn-2einφ=1.Откуда rn-2=1 т.е. r=1 и in =2
i, т.е.
=
где k=0,1,2…..n-1, следовательно, Z k = е
(k=0,1,2,… n-1).
Пример 23.12. Вычислить (-1+i )60
Решение. Пользуясь формулой Муавра, представим число Z =(-1+i )60 в тригонометрической форме
(-1+i )60=260
=
=260(cos isin 50
)=260
Пример 23.13. Доказать, что многочлен
f(x)= (cos +x sin
)n- cosn
- x sinn
делится на х2+1
Решим. Имеем х2+1= (х + i)(х - i). По формуле Муавра
f(i)= (cos +i sin
)n- cosn
- i sinn
= =cosn
+i sinn
- cosn
- i sinn
=0.
Аналогично f(-1)=0. Значит f(x) делится на х2+1
§ 4. Извлечение корня из комплексного числа.
Операция извлечения корня целой положительной степени из комплексного числа определяется как операция, обратная возведению в целую положительную степень.
Число называется корнем n – й степени (n
) из числа z, если
n=z. Обозначим
=
=z
Пусть z=r (cos +isin
), r>0,
|
|
=
(cos
+isin
), тогда по определению и теоремы 1.1
n=
n(cos
+isin
)=r(
) отсюда
n=r, n
=
+
. Следовательно
=
=
, k=0,1,2,…n-1. Здесь
= n
,
>0 арифметическое значение корня из положительного вещественного числа. Таким образом, если мы берем число
(cos
+isin
), то при любом целом k положительном или отрицательном n -я степень этого числа равна
. Таким образом,
=
(cos
+isin
)
Пример 23.14. Найти все значения
Решение. Так как arg(-16)=
=16, то -16=16(сos
+isin
)
=
=2
=
k =0,1,2,3 следовательно
=2(cos
+isin
) =
(1+i)
=2(cos
+isin
) =
(-1+i)
=2(cos
+isin
) =
(-1-i)
=2(cos
+isin
) =
(1-i)
Так как =1 (cos
+isin
) к=0,1, то
имеет два значения i и – i.
Таким образом, число i одно из значений