Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
математический анализ экзамен.docx
Скачиваний:
10
Добавлен:
20.09.2019
Размер:
1.41 Mб
Скачать

12)Тригонометрическая форма комплексного числа

Та запись комплексного числа, которую мы использовали до сих пор, называется алгебраической формой записи комплексного числа. Часто бывает удобна немного другая форма записи комплексного числа. Пусть   и φ = arg z. Тогда по определению аргумента имеем: 

Отсюда получается 

z = a + bi = r(cos φ + i sin φ).

Такая форма называется тригонометрической формой записи комплексного числа. Как видно, для того, чтобы перейти от алгебраической формы записи комплексного числа к тригонометрической форме, нужно найти его модуль и один из аргументов.

Пример 1

Записать число   в тригонометрической форме.

Решение

Найдём модуль этого числа:   Аргумент данного числа находится из системы 

Значит, один из аргументов числа   равен   Получаем: 

Ответ. 

Модуль комплексного числа

Длина вектора, изображающего комплексное число, называется модулем этого комплексного числа. Модуль всякого комплексного числа, не равного нулю, есть положительное число. Модуль комплексного числа a + bi обозначается |a + bi|, а также буквой r. Из чертежа (фиг. 5) видно, что

Модуль действительного числа совпадает с его абсолютным значением. Сопряженные комплексные числа а + bi и a - bi имеют один и тот же модуль.

Аргумент

Угол φ между осью а бсцисс и вектором ОМ, изображающим комплексное число а + bi, называется аргументом комплексного числа а + bi. На фиг. 6 вектор OM изображает комплексное число -3 -3i. Угол   являемся аргументом этого комплексного числа. Каждое не равное нулю комплексное число* имеет бесчисленное множество аргументов, отличающихся от друга на целое число полных оборотов (т. е. на 360°k где k — любое целое число). Так, аргументами комплексного числа – 3 – 3i являются все углы вида 225° ± 360°k, например 225° + 360° = 585°, 225° - 360° = - 135°. Аргумент φ связан с координатами комплексного числа а + bi следующими формулами (фиг. 5):

       Однако ни одна из них в отдельности не позволяет найти аргумент по абсциссе и ординате (см. примеры). Пример 1.Найти аргумент комплексного числа - 3 – 3i. По формуле ( 2)tgφ = -3/-3 = 1. Этому условию удовлетворяют как угол 45˚, так и угол 225˚. Но угол 45˚ не является аргументом числа - 3 – 3i. (фиг. 6). Правильный ответ будет φ = 225˚ (или —135˚, или 585˚ т. д.). Этот результат получится если учесть, что абсцисса и ордината данного комплексного числа отрицательны. Значит, точка M лежит в третьей четверти. Другой способ. По формуле (3) находим  Формула (4) показывает, что sin φ тоже отрицателен. Значит, угол φ принадлежит третьей четверти, так что φ = 225˚ ± 360˚k.

Формула Муавра

Формула Муавра для комплексных чисел   утверждает, что

для любого 

13)Показательная форма комплексного числа

 Рассмотрим тригонометрическую форму комплексного числа   ::

.

(1)

 

   Используя формулу Эйлера, преобразуем правую часть равенства (1):

 

(2)

 

      Запись вида (2) называется показательной формой комплексного числа.

Формула Эйлера

Существует также показательная форма комплексного числа связанная с тригонометрической по формуле Эйлера:

.

(9)

Данное соотношение легко доказать, если произвести разложение экспоненты в ряд Тейлора:

.

(10)

Представим ряд в виде суммы четных и нечетных членов последовательности:

.

(11)

Рассмотрим более подробно мнимую единицу в четной и нечетной степенях. Выражение (1) задало  , тогда , в свою очередь  . Таким образом можно рекурентно записать:

.

(12)

Построим аналогичным облразом рекурентное соотношение для нечетных степеней:  тогда  , в свою очередь  , получим:

.

(13)

Таким образом выражение (11) с учетом (12) и (13) принимает вид:

.

(14)

В выражении (14) первая сумма по четным степеням дает разложение в ряд Тейлора функции косинуса, а вторая сумма по нечетным степеням дает разложение в ряд Тейлора функции синуса. Таким образом, получено доказательство справедливости формулы Эйлера (9). Используя формулу Эйлера можно сделать ряд важных замечаний: Замечание 1:

.

(15)

Замечание 2:

.