Комплексные числа, арифметика комплексных чисел
Комплексные числа получаются из действительных чисел добавлением нового числа , обладающего свойством
.
Число называется мнимой единицей. При этом добавлении предполагается, что сохраняются все арифметические операции, и что все они сохраняют свои свойства. Отсюда следует, что вместе с новому множеству чисел принадлежат, во-первых, все числа вида , а во-вторых, и все числа вида . Множество всех таких чисел называется множеством комплексных чисел (комплексной плоскостью) и обозначается
.
Условие, что сохраняются все арифметические операции и их свойства, приводит к следующему определению арифметических операций с комплексными числами. Пусть и . Тогда
.
Это вычисление показывает, что сумма двух комплексных чисел тоже является комплексным числом. Аналогично . Чуть сложнее вычисляется произведение
,
и остается только заменить на –1, чтобы получить окончательный результат
.
И последнее . Поскольку – это по сути дела квадратный корень из –1, избавление от в знаменателе происходит как в школьной арифметике, умножением на
.
Итак, мы видим, что результаты арифметических операций, производимых с комплексными числами, являются тоже комплексными числами. Резюмируем
С каждым комплексным числом связаны следующие характеристики – функции
-
– модуль комплексного числа
-
– действительная часть
-
– мнимая часть
-
– аргумент, угол между осью абсцисс и вектором с координатами
-
– комплексное число, сопряженное к .
Все эти функции есть в Mathcad. Хочу подчеркнуть, что правильное вычисление аргумента выполняется именно функцией
,
а не . Ни в коем случае не употребляйте арктангенс для вычисления аргумента, иначе можете получить ошибочный результат.
Существует комбинация горячих клавиш для вычисления сопряженного числа , для постановки черты над , – это Shift + " (кавычки латинские).
Используя комплексные числа, мы теперь можем решить любое квадратное уравнение, в числе и те, у которых дискриминант отрицателен. Формула
теперь работает и в случае , так как с помощью мнимой единицы корень из отрицательного числа извлекается
.
Итак, решается любое квадратное уравнение, только в случае отрицательного дискриминанта его корни комплексные.
На самом деле после введения комплексных чисел решается любое алгебраическое уравнение
.
Выполняется утверждение
у любого многочлена степени имеется корней,
которое называется основной теоремой алгебры.
Множество всех комплексных чисел называется еще и комплексной плоскостью, потому что имеется удобное геометрическое представление комплексных чисел, когда каждое число представляется точкой или вектором с координатами на плоскости.
Достарыңызбен бөлісу: |