Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Liczby zespolone C := R2 . R2 3 (a, b) = (a, 0) + (0, b) = a · (1, 0) + b · (0, 1). R ⊂ C, R 3 x ↔ (x, 0) ∈ C. i := (0, 1), 1 = (1, 0) (a, b) = a(1, 0) + b(0, 1) = a + bi. R2 3 (a, b) = z = a + bi ∈ C. a- cz˛eść rzeczywista liczby zespolonej z, <ez = a b-cz˛eść urojona liczby zespolonej z, =mz = b. Liczby rzeczywiste: x = (x, 0) = x + 0i. Liczby zespolone Płaszczyzna zespolona Liczby zespolone Płaszczyzna zespolona Liczby zespolone Płaszczyzna zespolona Liczby zespolone Płaszczyzna zespolona Liczby zespolone Płaszczyzna zespolona Liczby zespolone Moduł liczby zespolonej |z| = odległość z od 0. p z = a + bi = (a, b) ⇒ |z| = a2 + b2 . Liczby zespolone Moduł liczby zespolonej |z| = odległość z od 0. p z = a + bi = (a, b) ⇒ |z| = a2 + b2 . Liczby zespolone Moduł liczby zespolonej |z| = odległość z od 0. p z = a + bi = (a, b) ⇒ |z| = a2 + b2 . Liczby zespolone Moduł liczby zespolonej |z| = odległość z od 0. p z = a + bi = (a, b) ⇒ |z| = a2 + b2 . Liczby zespolone Moduł liczby zespolonej |z| = odległość z od 0. p z = a + bi = (a, b) ⇒ |z| = a2 + b2 . Liczby zespolone argument liczby zespolonej 6= 0 Twierdzenie Niech z = x + yi ∈ C, z 6= 0. Istnieje dokładnie jedna liczba φ ∈ [0, 2π), dla której sin ϕ = y , |z| cos ϕ = x . |z| Liczbe˛ te˛ nazywamy argumentem głównym liczby zespolonej z i oznaczamy Arg z. Liczby zespolone Argument liczby zespolonej Liczby zespolone Argument liczby zespolonej Liczby zespolone Argument liczby zespolonej Liczby zespolone argument liczby zespolonej 6= 0 Twierdzenie Niech z = x + yi ∈ C. Jeśli Arg z = ϕ, to sin(ϕ + 2k π) = y , |z| cos(ϕ + 2k π) = Argumentem liczby zespolonej z nazywamy zbiór {ϕ + 2k π, k ∈ Z} i oznaczamy arg z. Liczby zespolone x . |z| argument liczby zespolonej Liczby zespolone argument liczby zespolonej Liczby zespolone argument liczby zespolonej Liczby zespolone dodawanie liczb zespolonych (a, b) + (c, d) = (a + c, b + d) (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i Liczby zespolone odejmowanie liczb zespolonych (a, b) − (c, d) = (a − c, b − d) (a + bi) − (c + di) = (a − c) + (b − d)i Liczby zespolone odejmowanie liczb zespolonych (a, b) − (c, d) = (a − c, b − d) (a + bi) − (c + di) = (a − c) + (b − d)i Liczby zespolone odejmowanie liczb zespolonych (a, b) − (c, d) = (a − c, b − d) (a + bi) − (c + di) = (a − c) + (b − d)i Liczby zespolone mnożenie liczb zespolonych (a, b) · (c, d) := (ac − bd, ad + bc) i 2 = (0, 1) · (0, 1) = (0 · 0 − 1 · 1, 0 · 1 + 1 · 0) = (−1, 0) = −1 (a + bi) · (c + di) = ac + adi + bci + bdi 2 = (ac − bd) + (ad + bc)i Liczby zespolone mnożenie liczb zespolonych (a, b) · (c, d) := (ac − bd, ad + bc) i 2 = (0, 1) · (0, 1) = (0 · 0 − 1 · 1, 0 · 1 + 1 · 0) = (−1, 0) = −1 (a + bi) · (c + di) = ac + adi + bci + bdi 2 = (ac − bd) + (ad + bc)i Liczby zespolone mnożenie liczb zespolonych (a, b) · (c, d) := (ac − bd, ad + bc) i 2 = (0, 1) · (0, 1) = (0 · 0 − 1 · 1, 0 · 1 + 1 · 0) = (−1, 0) = −1 (a + bi) · (c + di) = ac + adi + bci + bdi 2 = (ac − bd) + (ad + bc)i Liczby zespolone dzielenie liczb zespolonych a+bi c+di dla a, b, c, d ∈ R, (c, d) 6= (0, 0) (a, b) : (c, d) = ( ac + bd −ad + bc , ) c2 + d 2 c2 + d 2 a + bi ac + bd −ad + bc = 2 + 2 i 2 c + di c +d c + d2 Liczby zespolone dzielenie liczb zespolonych a+bi c+di dla a, b, c, d ∈ R, (c, d) 6= (0, 0) (a, b) : (c, d) = ( ac + bd −ad + bc , ) c2 + d 2 c2 + d 2 a + bi ac + bd −ad + bc = 2 + 2 i 2 c + di c +d c + d2 Liczby zespolone sprz˛eżenie liczby zespolonej sprz˛eżenie liczby zespolonej Liczbe˛ z̄ := (x, −y ) = x − yi nazywamy liczba˛ sprz˛eżona˛ do liczby z = x + yi. z z̄ = |z|2 z z̄ = (x + yi)(x − yi) = x 2 − y 2 i 2 = x 2 + y 2 = |z|2 . a + bi (a + bi)(c − di) = = c + di (c + di)(c − di) ac − adi + bci + bd ac + bd −ad + bc = 2 + 2 i. c2 + d 2 c + d2 c + d2 Liczby zespolone sprz˛eżenie liczby zespolonej sprz˛eżenie liczby zespolonej Liczbe˛ z̄ := (x, −y ) = x − yi nazywamy liczba˛ sprz˛eżona˛ do liczby z = x + yi. z z̄ = |z|2 z z̄ = (x + yi)(x − yi) = x 2 − y 2 i 2 = x 2 + y 2 = |z|2 . a + bi (a + bi)(c − di) = = c + di (c + di)(c − di) ac − adi + bci + bd ac + bd −ad + bc = 2 + 2 i. c2 + d 2 c + d2 c + d2 Liczby zespolone sprz˛eżenie liczby zespolonej sprz˛eżenie liczby zespolonej Liczbe˛ z̄ := (x, −y ) = x − yi nazywamy liczba˛ sprz˛eżona˛ do liczby z = x + yi. z z̄ = |z|2 z z̄ = (x + yi)(x − yi) = x 2 − y 2 i 2 = x 2 + y 2 = |z|2 . a + bi (a + bi)(c − di) = = c + di (c + di)(c − di) ac − adi + bci + bd ac + bd −ad + bc = 2 + 2 i. c2 + d 2 c + d2 c + d2 Liczby zespolone postać trygonometryczna liczby zespolonej (różnej od 0) z = x + yi = |z|( x y + i) = |z| |z| = |z|(cos ϕ + i sin ϕ), gdzie ϕ ∈ arg z. przykłady 3 = 3(cos 0 + i sin 0), i = 1(cos (π/2) √ + i sin (π/2)), −2 − 2i = 2 2(cos(5/4π) + i sin(5/4π). Liczby zespolone postać trygonometryczna liczby zespolonej (różnej od 0) z = x + yi = |z|( x y + i) = |z| |z| = |z|(cos ϕ + i sin ϕ), gdzie ϕ ∈ arg z. przykłady 3 = 3(cos 0 + i sin 0), i = 1(cos (π/2) √ + i sin (π/2)), −2 − 2i = 2 2(cos(5/4π) + i sin(5/4π). Liczby zespolone mnożenie liczb zespolonych danych w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ) w = |w|(cos ψ + i sin ψ). Wtedy z · w = |z||w|(cos(ϕ + ψ) + i sin(ϕ + ψ)). Liczby zespolone dzielenie liczb zespolonych danych w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ) w = |w|(cos ψ + i sin ψ), w 6= 0. Wtedy |z| z = (cos(ϕ − ψ) + i sin(ϕ − ψ)). w |w| Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład (1 + i)3 = Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład (1 + i)3 = Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład (1 + i)3 =13 + 3 · 12 · i + 3 · 1 · i 2 + i 3 =1 + 3i − 3 − i =−2 + 2i Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład (1 + i)3 =13 + 3 · 12 · i + 3 · 1 · i 2 + i 3 =1 + 3i − 3 − i =−2 + 2i Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład (1 + i)3 =13 + 3 · 12 · i + 3 · 1 · i 2 + i 3 =1 + 3i − 3 − i =−2 + 2i Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład √ √ 3π (1 + i)3 = ( 2(cos π4 + i sin π4 ))3 =( 2)3 (cos 3π 4 + i sin 4 ) = √ √ √ 2 2(− 22 + 22 ) =−2 + 2i. Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład √ √ 3π (1 + i)3 = ( 2(cos π4 + i sin π4 ))3 =( 2)3 (cos 3π 4 + i sin 4 ) = √ √ √ 2 2(− 22 + 22 ) =−2 + 2i. Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład √ √ 3π (1 + i)3 = ( 2(cos π4 + i sin π4 ))3 =( 2)3 (cos 3π 4 + i sin 4 ) = √ √ √ 2 2(− 22 + 22 ) =−2 + 2i. Liczby zespolone potegowanie ˛ liczby zespolonych danej w postaci trygonometrycznej Niech z = |z|(cos ϕ + i sin ϕ). Wtedy z n = (|z|)n (cos(nϕ) + i sin(nϕ)). przykład √ √ 3π (1 + i)3 = ( 2(cos π4 + i sin π4 ))3 =( 2)3 (cos 3π 4 + i sin 4 ) = √ √ √ 2 2(− 22 + 22 ) =−2 + 2i. Liczby zespolone pierwiastek z liczby zespolonej definicja Pierwiastkiem n–tego stopnia z liczby zespolonej z nazywamy zbiór rozwiaza ˛ ń równania w n = z. Gdy z 6= 0 to jest dokładnie n rozwip aza ˛ ń równania w n = z. n Wszystkie one maja˛ moduł równy |z|, a ich argumenty z Arg z 2π Arg z 2π wynosza, ˛ kolejno, Arg n , n + n , n + 2 · n ,. . ., Arg z 2π n + (n − 1) · n . Pierwiastek n–tego stopnia tworzy na płaszczyźnie zespolonej n–kat ˛ foremny o środku symetrii 0. Liczby zespolone pierwiastek zespolony przykłady √ 2 2 √9 = {3, −3},bo 3 = 9 2i (−3) = 9. 2 −9 = {3i, −3i},bo (3i) = −9 i (−3i) = −9. √ √ √ 3 1 3 1 3 −1 = {−1, 2 + 2 i, 2 − 2 i}. Liczby zespolone pierwiastek zespolony przykłady √ 2 2 √9 = {3, −3},bo 3 = 9 2i (−3) = 9. 2 −9 = {3i, −3i},bo (3i) = −9 i (−3i) = −9. √ √ √ 3 1 3 1 3 −1 = {−1, 2 + 2 i, 2 − 2 i}. Liczby zespolone pierwiastek zespolony przykłady √ 2 2 √9 = {3, −3},bo 3 = 9 2i (−3) = 9. 2 −9 = {3i, −3i},bo (3i) = −9 i (−3i) = −9. √ √ √ 3 1 3 1 3 −1 = {−1, 2 + 2 i, 2 − 2 i}. Liczby zespolone pierwiastek zespolony przykłady √ 2 2 √9 = {3, −3},bo 3 = 9 2i (−3) = 9. 2 −9 = {3i, −3i},bo (3i) = −9 i (−3i) = −9. √ √ √ 3 1 3 1 3 −1 = {−1, 2 + 2 i, 2 − 2 i}. Liczby zespolone pierwiastek zespolony przykłady √ 2 2 √9 = {3, −3},bo 3 = 9 2i (−3) = 9. 2 −9 = {3i, −3i},bo (3i) = −9 i (−3i) = −9. √ √ √ 3 1 3 1 3 −1 = {−1, 2 + 2 i, 2 − 2 i}. Liczby zespolone √ 3 −1 Liczby zespolone √ 4 −1 Liczby zespolone Liczby zespolone, równania kwadratowe Równanie z 2 = −a, gdzie a jest liczba˛ rzeczywista˛ dodatnia, ˛ ma dwa√rozwiazania ˛ w liczbach zespolonych: z = ±i a. Każde równanie kwadratowe o współczynnikach rzeczywistych ma albo dwa pierwiastki rzeczywiste (∆ > 0) albo jeden pierwiastek rzeczywisty podwójny (∆ = 0) albo dwa sprz˛eżone pierwiastki zespolone, gdy ∆ < 0, wtedy równanie √ az 2 + bz + c =√0 ma rozwiazania: ˛ −b+i −∆ −b−i −∆ , z2 = . z1 = 2a 2a Liczby zespolone Liczby zespolone, równania kwadratowe Równanie z 2 = −a, gdzie a jest liczba˛ rzeczywista˛ dodatnia, ˛ ma dwa√rozwiazania ˛ w liczbach zespolonych: z = ±i a. Każde równanie kwadratowe o współczynnikach rzeczywistych ma albo dwa pierwiastki rzeczywiste (∆ > 0) albo jeden pierwiastek rzeczywisty podwójny (∆ = 0) albo dwa sprz˛eżone pierwiastki zespolone, gdy ∆ < 0, wtedy równanie √ az 2 + bz + c =√0 ma rozwiazania: ˛ −b+i −∆ −b−i −∆ , z2 = . z1 = 2a 2a Liczby zespolone Liczby zespolone, równania kwadratowe Równanie z 2 = −a, gdzie a jest liczba˛ rzeczywista˛ dodatnia, ˛ ma dwa√rozwiazania ˛ w liczbach zespolonych: z = ±i a. Każde równanie kwadratowe o współczynnikach rzeczywistych ma albo dwa pierwiastki rzeczywiste (∆ > 0) albo jeden pierwiastek rzeczywisty podwójny (∆ = 0) albo dwa sprz˛eżone pierwiastki zespolone, gdy ∆ < 0, wtedy równanie √ az 2 + bz + c =√0 ma rozwiazania: ˛ −b+i −∆ −b−i −∆ , z2 = . z1 = 2a 2a Liczby zespolone Liczby zespolone, równania kwadratowe Równanie z 2 = −a, gdzie a jest liczba˛ rzeczywista˛ dodatnia, ˛ ma dwa√rozwiazania ˛ w liczbach zespolonych: z = ±i a. Każde równanie kwadratowe o współczynnikach rzeczywistych ma albo dwa pierwiastki rzeczywiste (∆ > 0) albo jeden pierwiastek rzeczywisty podwójny (∆ = 0) albo dwa sprz˛eżone pierwiastki zespolone, gdy ∆ < 0, wtedy równanie √ az 2 + bz + c =√0 ma rozwiazania: ˛ −b+i −∆ −b−i −∆ , z2 = . z1 = 2a 2a Liczby zespolone Liczby zespolone, równania kwadratowe Równanie z 2 = −a, gdzie a jest liczba˛ rzeczywista˛ dodatnia, ˛ ma dwa√rozwiazania ˛ w liczbach zespolonych: z = ±i a. Każde równanie kwadratowe o współczynnikach rzeczywistych ma albo dwa pierwiastki rzeczywiste (∆ > 0) albo jeden pierwiastek rzeczywisty podwójny (∆ = 0) albo dwa sprz˛eżone pierwiastki zespolone, gdy ∆ < 0, wtedy równanie √ az 2 + bz + c =√0 ma rozwiazania: ˛ −b+i −∆ −b−i −∆ , z2 = . z1 = 2a 2a Liczby zespolone równanie kwadratowe z 2 = −1 rozwiazanie: ˛ z = i lub z = −i. z 2 + 2z + 5 = 0 √ ∆ = 4 − 4 · 5 = −16, ∆ = {±4i}, z = −2−4i = −1 − 2i lub z = −2+4i = −1 + 2i. 2 2 Liczby zespolone równanie kwadratowe z 2 = −1 rozwiazanie: ˛ z = i lub z = −i. z 2 + 2z + 5 = 0 √ ∆ = 4 − 4 · 5 = −16, ∆ = {±4i}, z = −2−4i = −1 − 2i lub z = −2+4i = −1 + 2i. 2 2 Liczby zespolone równanie kwadratowe z 2 = −1 rozwiazanie: ˛ z = i lub z = −i. z 2 + 2z + 5 = 0 √ ∆ = 4 − 4 · 5 = −16, ∆ = {±4i}, z = −2−4i = −1 − 2i lub z = −2+4i = −1 + 2i. 2 2 Liczby zespolone równanie kwadratowe z 2 = −1 rozwiazanie: ˛ z = i lub z = −i. z 2 + 2z + 5 = 0 √ ∆ = 4 − 4 · 5 = −16, ∆ = {±4i}, z = −2−4i = −1 − 2i lub z = −2+4i = −1 + 2i. 2 2 Liczby zespolone równanie kwadratowe z 2 = −1 rozwiazanie: ˛ z = i lub z = −i. z 2 + 2z + 5 = 0 √ ∆ = 4 − 4 · 5 = −16, ∆ = {±4i}, = −1 − 2i lub z = −2+4i = −1 + 2i. z = −2−4i 2 2 Liczby zespolone równanie kwadratowe z 2 = −1 rozwiazanie: ˛ z = i lub z = −i. z 2 + 2z + 5 = 0 √ ∆ = 4 − 4 · 5 = −16, ∆ = {±4i}, = −1 − 2i lub z = −2+4i = −1 + 2i. z = −2−4i 2 2 Liczby zespolone rozkładanie wielomianów na czynniki Każdy wielomian o współczynnikach rzeczywistych stopnia n można rozłożyć na iloczyn wielomianów stopnia pierwszego i, ewentualnie,trójmianów kwadratowych z wyróżnikiem (∆) ujemnym. Każde równanie wielomianowe stopnia n ma dokładnie n pierwiastków zespolonych, jeśli liczyć je z krotnościami. Liczby zespolone ez ez := ex+yi = ex · eyi = ex (cos y + i sin y ). Liczby zespolone najpiekniejszy ˛ wzór matematyki eπi + 1 = 0 Liczby zespolone Zadania 1. Oblicz a) (1 − 3i) + (3 − 4i) = b) (2 − 5i)(3 + 2i) = c) 1+3i 2−i = 2. Rozwiaż ˛ równania kwadratowe w liczbach zespolonych a) z 2 = −4 b) z 2 + z + 2 = 0 3. Oblicz a) e2πi = b) e−1+(π/4)i Liczby zespolone