- •Тема 1.
- •§1. Делимость целых чисел. Полагаем, что в произвольном подмножестве натуральных чисел всегда есть наименьшее.
- •§2. Построение комплексных чисел.
- •Теорема 2. Справедливы следующие соотношения:
- •§3. Тригонометрическая форма комплексного числа.
- •Замечание. Тригонометрическая форма комплексного числа хорошо приспособлена для выполнения действий умножения, деления, возведения в степень.
- •§4. Извлечение корня из комплексного числа.
- •§ 5. Корни из единицы.
- •Теорема 1.
- •Всегда ли есть первообразный корень?
- •§6. Числовое поле.
- •Упражнение 1. Числовое поле всегда бесконечно. Упражнение 2. Любое числовое поле всегда содержит q (множество рациональных чисел).
- •Тема 2. Матрицы и определители.
- •§1. Сложение матриц. Умножение матрицы на число.
- •Сложение матриц и их свойства.
- •Умножение матрицы на число и его свойства.
- •§2. Умножение матриц.
- •§3. Перестановки.
- •§4. Подстановки.
- •§5. Определители и их свойства.
- •Свойства определителей.
- •§6. Миноры и их алгебраические дополнения.
- •§7. Определитель произведения квадратных матриц.
- •§8. Обратная матрица.
- •§9. Системы линейных уравнений.
- •Тема 3. Многочлены от одной переменной.
- •§1. Многочлены. Сложение и умножение многочленов.
- •Сложение многочленов:
- •§2.Деление многочленов.
- •Алгоритм Евклида: Пусть f(X) и g(X) — два многочлена над полем р.
- •§ 3. Наибольший общий делитель многочленов (нод)
- •Теорема 1. ( о существовании нод)
- •Наибольший общий делитель ненулевого набора многочленов представляется в виде: ,где .
- •Теорема 2. Нод определен однозначно.
- •Теорема 3 (об отыскании нод для двух многочленов).
- •Теорема 5 (критерий взаимной простоты).
- •§ 4. Наименьшее общее кратное многочленов (нок).
- •§ 5. Разложение многочленов на
- •§6 Корни многочлена.
- •Следствие. А является корнем f(X) тогда и только тогда,когда (X-а) делит f(X).
- •§7. Основная теорема алгебры комплексных чисел (Гаусса).
- •§8. Формулы Виета. Кратные корни.
- •Тема 4. Группа.Кольцо. Поле.
- •§1. Бинарная агебраическая операция.
- •Примеры.
- •Доказательство индукцией (по числу элементов во второй скобке):
- •Симметричный для X обозначим через X'.
- •§2 Определение группы. Простейшие свойства групп. Определение1. Пусть г не пустое множество элементов произвольной природы. Г называется группой, если выполняются следующие условия:
- •Важные примеры групп
- •Простейшие свойства групп
- •§3 Подгруппа
- •§4 Кольцо.
- •§5. Поле
- •Доказательство.
- •Cвойства характеристики
Теорема 2. Справедливы следующие соотношения:
1) = + ;
2) = –;
3) = ;
4) = .
Доказательство.
Доказательство 1) – 4) однообразно и сводится к подсчёту левой и правой частей и их сравнению. Например: z1=a+bi, z2=c+di. Докажем
1) = +. По определению
= a-bi ; =c-di и
= (a+c)–(bi+di),
+= (a–bi)+(c–di) = (a+c)–(bi+di).
Значит = +.
§3. Тригонометрическая форма комплексного числа.
Пусть z = a+bi , полагаем r=|z|, r — модуль комплексного числа z.
a+bi = , положим
= cos и = sin.
Пусть z0, тогда угол определен однозначно с точностью до 2k. Если 02, то он определен однозначно. Угол называют аргументом комплексного числа z, r и — полярные координаты точки.
Из тригонометрии мы знаем как искать , если известно a и b.
Если r=0, то может быть любой, то есть аргумент нуля не определён; r0, то аргумент определен с точностью до 2πk.
z = r(cos+i sin) (1)
Назовем выражение (1) тригонометрической формой комплексного числа.
Если два комплексных числа равны, то их модули равны, а их аргументы, вообще говоря, отличаются на 2k.
Теорема 1.
Пусть z1 = r1 (cos1+i sin1), z2 = r2 (cos2+i sin2). Тогда:
-
z1z2 = r1r2(cos(1+2)+i sin(1+2))
( модуль произведения комплексных чисел равен произведению модулей, а аргумент – сумме аргументов);
2)
(модуль частного комплексных чисел равен частному модулей, а аргумент – разности аргументов).
Доказательство:
Докажем 1).
z1z2 = r1r2(cos1cos2– sin1sin2+i(sin1cos2+cos1sin2)) = =r1r2cos(1+2)+i sin(1+2)).
Аналогично с частным.
Следствие 1.
Пусть z = r (cos+i sin), тогда z=(cos(–)+i sin(–)).
Доказательство:
z== ==(cos(–)+i sin(–)).
Следствие 2 (формула Муавра).
Пусть z = r (cos+i sin). Тогда zn = rn(cos(n)+i sin(n)) для любого nZ.
Доказательство:
Если n — натуральное, то формула Муавра следует из правила умножения комплексных чисел в тригонометрической форме.
Если n — отрицательное, то можно представить zn = (z -1)-n и применить следствие (1) и доказанную формулу Муавра для nN.
Замечание. Тригонометрическая форма комплексного числа хорошо приспособлена для выполнения действий умножения, деления, возведения в степень.
Упражнение. Интерпретировать умножение и деление в тригонометрической форме геометрически.
§4. Извлечение корня из комплексного числа.
Пусть z = a+bi.
Надо извлечь корень из z.
— ?
обозначим через z1, то z= z.
Пусть z1 = x+iy, тогда
(x2–y2)+2xyi = a+bi,
Решив эту систему, мы найдем подходящие значения z1.
Если так действовать и для извлечения корней более высокой степени, то придётся уметь решать уравнения соответствующих степеней.
Для извлечения корня из комплексного числа хорошо приспособлена тригонометрическая форма комплексного числа.
Пусть z = r(cos+i sin), надо найти = z1, положим
z1=ρ (cos+i sin), z==ρn(cos(n)+i sin(n), r = ρn ρ = , = n+2k = .
Получим
= (cos+i sin) (1),
где k — любое целое число, то есть корень n–той степени из произвольного комплексного числа z всегда существует и его можно посчитать по формуле (1), причем формула (1) даёт все корни, если k пробегает множество целых чисел (достаточно ограничиться k = 0,…, n–1 )
Если возьмем k – любое, то мы можем разделить его с остатком на n:
k = nq+s ; 0sn–1
.
Углы [2] и [3] отличаются на кратное 2, и поэтому косинусы и синусы от них совпадают, следовательно формула (1) при угле [2] и при угле [3] даёт одинаковое значение.
Если брать k от 0 до n–1 , то мы получим все значения. Нетрудно заметить, что все эти значения разные (смотри геометрическую интерпретацию).
Теорема 4.
Извлечение корня степени n из комплексного числа всегда возможно, и даёт n различных значений, получающихся по формуле (1).
Теорема нами доказана ранее.
Замечание (геометрическая интерпретация).
Все значения расположены на окружности радиуса с центром в начале координат и делят окружность на n равных частей: