
- •П.9. Понятие алгебраической структуры и некоторые ее замечательные элементы.
- •П.10. Еще одно свойство алгебраической операции и закон сокращения.
- •П.11. Основные алгебраические структуры: группа.
- •П.12. Основные алгебраической структуры: поле.
- •П.14. Основные алгебраические структуры: кольцо.
- •П.15. Область целостности.
- •П.1. Построение поля комплексных чисел.
- •П.2. Алгебраическая форма записи комплексных чисел.
- •П.3. Действия с комплексными числами в алгебраической формезаписи.
- •2). Решить уравнение в поле комплексных чисел:
- •П.4. Свойства комплексно сопряженных чисел.
- •П.5. Корни из единицы.
- •П.5. Понятие корня натуральной степени из комплексного числа.
2). Решить уравнение в поле комплексных чисел:
.
Решение.
Находим дискриминант
.
По формуле корнейквадратного уравнения находим
корни:
.
Ответ:
.
Замечание.
Здесь мы использовали равенство
,
откуда
.
Определим
операцию деления в
любом поле К
как умножение на
обратный элемент:
положим
по определению
и
.
Легко
проверить, что
,
(6)
.
Действительно,
.
Однако, нет необходимости запоминать формулу (6). Лучше использовать одно простое правило. Но для этого введем сначала одно понятие.
Определение.
Комплексное число
называется комплексносопряженным
комплексному числу
.
Из определения сразу же следует, что число являетсякомплексно сопряженным числу , т.е. такие числа, которые отличаются друг от друга лишь знаком мнимой части являютсякомплексно сопряженными друг другу.
Пример:
и
,
i и – i,
и
т.п.
Правило деления комплексных чисел.
Для того, чтобы разделить одно комплексное число на другое, нужно числитель и знаменатель дроби умножить на число комплексносопряженное знаменателю.
.
Примеры.
,
,
,
.
Замечание.
Если
,
то комплексно сопряженное
к нему число
обозначается
.
П.4. Свойства комплексно сопряженных чисел.
1.
.
2.
.
3.
.
4.
.
5.
6.
.
7.
.
8.
9.
Для любого многочлена
с
действительными коэффициентами
от комплексной переменной
z
.
Доказательство.
1) Пусть
–
произвольное комплексное число. Тогда
по определению комплексно
сопряженного числа
и
,
ч.т.д.
2)
Пусть
.
Тогда
и
.
С другой стороны,
и
,
откуда и следует, что
.
3) Докажем с помощью метода математической индукции, что равенство верно для любого числа слагаемых n.
а) База индукции.
При
,
равенство
только
что доказано.
б) Индукционная гипотеза.
Предположим,
что утверждение верно, если число слагаемых
равно
:
.
в) Индукционный переход.
Так как утверждение верно для двух слагаемых, то
.
Далее используем индукционное
предположение:
,
откуда и следует доказываемое равенство.
4)
Пусть
.
Тогда
и
.
С другой стороны,
,
откуда и следует, что
.
5) Доказывается аналогично пункту 3) методом математической индукции.
6)
Пусть
и
k – произвольное натуральное число.
Тогда по определению натуральной степени числа
,
ч.т.д.
7)
Пусть а – действительное число. Тогда
и
по определению комплексно
сопряженного числа
,
ч.т.д.
8)
Пусть
.
По уже доказанным в пунктах 4) и 7)
свойствах
,
ч.т.д.
9)
Пусть z – комплексная переменная
и
– многочлен от комплекснойпеременной
z с действительными коэффициентами:
,
где
–
действительные
числа. Тогда, используя уже доказанные
свойства, получаем:
,
ч.т.д.
Теорема доказана.
Пример.
Вычислить
.
Решение.
Обозначим
.
Тогда
,
,
.
Отсюда,
.
п.1.Формула Муавра.
Теорема. (Формула Муавра, 1707 г.)
Для
любого целого числа n
и любого действительного числа
имеет
место следующее равенство:
.
(1)
Доказательство. Разобьем доказательство на 3 этапа.
1)
Пусть
–
натуральное число. Так как
комплексное число
имеет модуль
,
то справедливость формулы Муавра в этом
случае следует из следствия 2 теоремы
об умножении комплексных чисел в
тригонометрической форме записи.
2)
Пусть теперь
.
Тогда
,
ч.т.д.
3)
Пусть
,
где
–
натуральное число. Тогда по свойству
целых степеней, которые справедливы в
любом поле, в том числе и в полекомплексных
чисел, имеем:
.
Здесь мы использовали уже доказанные случаи формулы Муавра возведения в натуральную степень и в степень, равную (–1).
Теорема доказана.
Следствие. (О целых степенях комплексного числа.)
Пусть
.
Тогда
.
Доказательство предоставляется читателю.
п.2. Деление комплексных чисел в тригонометрической форме записи.
Теорема. (О делении комплексных чисел в тригонометрической форме)
Пусть
,
где
и
,
где
–
два произвольных комплексных числа записанных
в тригонометрической форме. Тогда
.
(2)
Доказательство. Воспользуемся следствием формулы Муавра и правилом умножения комплексных чисел в тригонометрической форме записи. Получаем:
,
ч.т.д.
Пример
1. Запишите комплексные числа
и
в
тригонометрической форме и найдите
их произведение
и
частное
.
Решение. 1) Комплексное число на комплексной плоскостинаходится во второй четверти, поэтому
,
.
2) Комплексное число на комплексной плоскости находится во четвертой четверти, поэтому
,
.
3)
.
Ответ:
,
.
Пример
2. Вычислить
.
Решение.
Комплексное число
на комплексной плоскостинаходится
в третьей четверти, поэтому
,
Применим формулу Муавра:
.