Komplex számok. Wettl Ferenc szeptember 14. Wettl Ferenc Komplex számok szeptember / 23

Hasonló dokumentumok
Komplex számok. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Komplex számok / 14

Komplex számok. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Komplex számok / 9

Matematika A1a Analízis

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Lineáris algebra mérnököknek

Bevezetés az algebrába komplex számok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Kalkulus. Komplex számok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Diszkrét matematika 1.

25 i, = i, z 1. (x y) + 2i xy 6.1

1. Komplex számok. x 2 = 1 és x 2 + x + 1 = 0. egyenletek megoldását számnak tekinthessük:

Komplex számok. Komplex számok és alakjaik, számolás komplex számokkal.

Komplex számok. (a, b) + (c, d) := (a + c, b + d)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

x = 1 = ı (imaginárius egység), illetve x 12 = 1 ± 1 4 2

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Komplex számok trigonometrikus alakja

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Komplex számok (2)

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

Analízis elo adások. Vajda István szeptember 10. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Waldhauser Tamás szeptember 15.

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

: s s t 2 s t. m m m. e f e f. a a ab a b c. a c b ac. 5. Végezzük el a kijelölt m veleteket a változók lehetséges értékei mellett!

1. Interpoláció. Egyértelműség (K2.4.10) Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Baran Ágnes. Gyakorlat Komplex számok. Baran Ágnes Matematika Mérnököknek Gyakorlat 1 / 33

7. gyakorlat megoldásai

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

1. A komplex számok definíciója

3. Lineáris differenciálegyenletek

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Baran Ágnes. Gyakorlat Komplex számok. Baran Ágnes Matematika Mérnököknek Gyakorlat 1 / 16

Lineáris Algebra. Tartalomjegyzék. Pejó Balázs. 1. Peano-axiomák

3. el adás: Determinánsok

Egyenletek, egyenlőtlenségek V.

Mátrixfüggvények. Wettl Ferenc április 28. Wettl Ferenc Mátrixfüggvények április / 22

1. Analizis (A1) gyakorló feladatok megoldása

Tantárgy kódja Meghirdetés féléve 3 Kreditpont 4 Összóraszám (elm+gyak) 2+2

Polinomok maradékos osztása

Lineáris egyenletrendszerek Műveletek vektorokkal Geometriai transzformációk megadása mátrixokkal Determinánsok és alkalmazásaik

1. A maradékos osztás

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

Példatár Lineáris algebra és többváltozós függvények

1.1. Alapfogalmak. Vektor: R 2 beli elemek vektorok. Pl.: (2, 3) egy olyan vektor aminek a kezdo pontja a (0, 0) pont és a végpontja a

Határozott integrál és alkalmazásai

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

M szaki matematika 2

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Komplex számok. d) Re(z 4 ) = 0, Im(z 4 ) = 1 e) Re(z 5 ) = 0, Im(z 5 ) = 2 f) Re(z 6 ) = 1, Im(z 6 ) = 0

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Matematika I

Komplex számok szeptember Feladat: Legyen z 1 = 2 3i és z 2 = 4i 1. Határozza meg az alábbi kifejezés értékét!

Függvény fogalma, jelölések 15

Bruder Györgyi és Láng Csabáné KOMPLEX SZÁMOK. Példák és feladatok. Szerkesztette Láng Csabáné

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

Intergrált Intenzív Matematika Érettségi

Osztályozóvizsga és javítóvizsga témakörei Matematika 9. évfolyam

Waldhauser Tamás szeptember 8.

Határérték. Wettl Ferenc el adása alapján és Wettl Ferenc el adása alapján Határérték és

Komplex számok algebrai alakja

Klasszikus algebra tanár szakosoknak

Bruder Györgyi és Láng Csabáné KOMPLEX SZÁMOK. Példák és feladatok. Szerkesztette Láng Csabáné

1. A komplex számok ábrázolása

FELADATOK A BEVEZETŽ FEJEZETEK A MATEMATIKÁBA TÁRGY III. FÉLÉVÉHEZ. ÖSSZEÁLLÍTOTTA: LÁNG CSABÁNÉ ELTE IK Budapest

Analitikus térgeometria

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Hatvány gyök logaritmus

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA 11B OSZTÁLY HETI 4 ÓRA 37 HÉT/ ÖSSZ 148 ÓRA

y + a y + b y = r(x),

Függvényhatárérték és folytonosság

8. Egyenletek, egyenlőtlenségek, egyenletrendszerek II.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

3.4. gyakorlat. Matematika B1X február 1819.

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA. 9. Nyelvi előkészítő osztály

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

A KroneckerCapelli-tételb l következik, hogy egy Bx = 0 homogén lineáris egyenletrendszernek

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Trigonometrikus egyenletek megoldása Azonosságok és 12 mintapélda

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

Osztályozó- és javítóvizsga témakörei MATEMATIKA tantárgyból 2016 / tanév

ARCHIMEDES MATEMATIKA VERSENY

Analízis I. zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I okt. 19. A csoport

Bevezetés az algebrába az egész számok

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

MBNK12: Permutációk (el adásvázlat, április 11.) Maróti Miklós

Polinomgy r k. 1. Bevezet. 2. Polinomok. Dr. Vattamány Szabolcs.

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Függvények július 13. f(x) = 1 x+x 2 f() = 1 ()+() 2 f(f(x)) = 1 (1 x+x 2 )+(1 x+x 2 ) 2 Rendezés után kapjuk, hogy:

Matematika A1a Analízis

Átírás:

Komplex számok Wettl Ferenc 2014. szeptember 14. Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 1 / 23

Tartalom 1 Számok A számfogalom b vülése Egy kis történelem 2 Miért számolunk velük? A megoldóképlet egy speciális esetre Alkalmazások Fraktálok 3 Komplex számok M veletek komplex számokkal Egységgyökök M veleti tulajdonságok Az algebra alaptétele Binomiális tétel 4 Összefoglalás Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 2 / 23

Számok A számfogalom b vülése pozitív egészek összeadás, szorzás a + x = b megoldhatósága negatív számok és 0 ax = b megoldhatósága racionális számok x 2 = 2 megoldása vannak nem racionális számok is sorozatok határértékének fogalma irracionális számok racionális + irracionális számok valós számok és mi van az x 2 = 1 egyenlet megoldhatóságával? Szükség van további b vítésre? Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 3 / 23

Számok Egy kis történelem Girolamo Cardano (15011576) orvos, lozófus, matematikus 1538 körül értesül arról, hogy Scipione del Ferro és Niccolò Tartaglia egymástól függetlenül felfedezték az x 3 + px = q alakú harmadfokú egyenlet megoldását 1545-ben megírja Ars magna sive de regulis algebraicis cím m vét, benne a megoldóképlettel 1552-t l kezd d en Európa egyik leghíresebb orvosa a 60-as évek elején elveszti két át (gyilkosságért halál, rablásért szám zetés) 1570-ben Bolognában bebörtönzik, szabadulása után Rómába költözik Scipione del Ferro (14651526) felfedezi a harmadfokú egyenlet megoldásának módját titokban tartja (kivétel Nave, Fiore) Niccolò Fontana (1500?1557) gúnynevén Tartaglia (dadogó) (1511 Brescia, francia dúlás) 1535: Fiore kihívja Tartagliát egy 15 napos versenyre (30 feladat, a vesztes a gy ztest és 29 barátját megvendégeli) felkészüléskor Tartaglia rájön a nehezebb típusú harmadfokú egyenletek megoldásának módjára Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 4 / 23

Számok Egy kis történelem Cardano (kilátásba helyezve Tartaglia tüzérségi találmányainak pártfogót keres, titoktartás igérete mellett megszerzi a titkot) amikor Navétól megtudja, hogy del Ferro is ismerte e képleteket, felmentve érzi magát, és publikálja (a negyedfokú esetre is továbbfejlesztve az eredményt) Tartaglia leírta megcsalatásának történetét Milánóban Ferrari (Cardano tanítványa) vitára hívja Tartagliát, aki a vitát elveszti, ennek következtében lehet ségeit (nyilvános el adások) elveszíti Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 5 / 23

Miért számolunk velük? A megoldóképlet egy speciális esetre Oldjuk meg az x 3 = bx + c egyenletet! A Tartaglia által talált képlet: ( ) 2 ( ) 3 ( ) x = 3 c 2 + c b + 3 c 2 ( 2 3 2 c b 2 3 ) 3 Oldjuk meg a x 3 = 7x + 6 egyenletet! (6 ) 2 ( ) 3 (6 ) 2 ( 6 7 2 + + 3 6 7 2 3 2 2 3 = 1 3 81 + 30 3 + 1 3 81 30 3 3 3 = 1 ( 9/2 + 1/2 ) 3 + 1 ( 9/2 1/2 ) 3 3 3 x = 3 = 3 ) 3 Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 6 / 23

Miért számolunk velük? Alkalmazások hidrodinamika, áramlások vizsgálata, Zsukov-féle szárnyprol elektromosságtan, jelfeldolgozás, villamosmérnöki tudományok lineáris rendszerek, lineáris dierenciálegyenletek megoldása relativitáselmélet, kvantummechanika fraktálok (Mandelbrot- és Julia-halmazok) Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 7 / 23

Miért számolunk velük? Fraktálok Mandelbrot halmaz Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 8 / 23

Komplex számok Jelölés i = 1 imaginárius egység (imaginárius = nem valódi) Deníció (komplex szám algebrai alakja) Az a + bi, a, b R alakú kifejezéseket komplex számoknak nevezzük, ahol i az a szám, melyre i 2 = 1. A komplex számok halmazát C jelöli. Egy komplex szám több alakba is felírható, ezt az alakot algebrai alaknak nevezzük. Az a szám a z valós része, a b az imaginárius, jelölése: a = Re z, b = Im z (más szokásos jelölés: a = R(z), b = I(z)). Deníció (konjugált) z = a ib, ahol z = a + ib Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 9 / 23

Komplex számok Im z 3i z = 2 + 3i 2i 1i 3 2 1 1 2 3 Re z 1i 2i 3i z = 2 + 3i Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 10 / 23

Komplex számok Deníció Az (a, b) vektor x-tengellyel bezárt szöge legyen ϕ, hossza r. Ekkor a z = a + ib komplex szám felírható r(cos ϕ + i sin ϕ) alakban is, hisz a = r cos ϕ, és b = r sin ϕ. Ezt az alakot trigonometriai alaknak, az r nemnegatív valóst a komplex szám abszolút értékének, ϕ-t argumentumának nevezzük: r = z, ϕ = arg z. Tétel z z = (a + ib)(a ib) = a 2 + b 2 = z 2, azaz z = a 2 + b 2 = z z Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 11 / 23

Komplex számok 3π/4 2π/3 π/2 2 + 2 3i π/3 π/4 5π/6 π/6 π 0 1 2 3 0 3 i 2 2i 7π/6 11π/6 5π/4 7π/4 4π/3 5π/3 3π/2 Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 12 / 23

M veletek komplex számokkal Példa (2 + 3i) (3 i) = 1 + 4i (2 + 3i)(3 i) = 2 3 + 3i( i) + (3i) 3 + 2 ( i) = 9 + 7i 1 = i i 2 + 3i = 3 + i (2 + 3i)(3 i) (3 + i)(3 i) = 9 + 7i 10 = 9 10 + 7 10 i Példa [2(cos π 3 + i sin π 3 )][cos 7π 6 + i sin 7π 6 ] = 2cos π 3 cos 7π 6 2 sin π 3 sin 7π 6 + 2[cos π 3 sin 7π 6 + sin π 3 cos 7π 6 ]i = 2 cos( π 3 + 7π 6 ) + 2 sin( π 3 + 7π 6 )i = 2 cos 3π 2 + 2 sin 3π 2 = 2i. Ellen rzés: (1 + 3i)( 3 i ) = 3 3 2 2 2 2 i 2 i 3 3 = 2 2 2i. Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 13 / 23

M veletek komplex számokkal 0 1 Példa Számítsuk ki ( ) 100 1 3 2 + 2 i Megoldás értékét! 1 + 3 2 2 i trigonometriai alakja: cos π + 3 i sin π 3. [cos π + 3 i sin π 3 ]100 = cos 100π + i sin 100π = cos 4π + 3 3 3 i sin 4π = 1 3 3 2 2 i. Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 14 / 23

M veletek komplex számokkal Példa Számítsuk ki 0 1 2 ( 3 + i ) 9 értékét! Megoldás 3 2 3 + i hossza + 12 = 2, trigonometriai alakja: 2(cos π + 6 i sin π 6 ). [2(cos π 6 +i sin π 6 )]9 = 2 9 (cos 9π 6 +i sin 9π 6 ) = 512(cos 3π 2 +i sin 3π 2 ) = 512i Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 15 / 23

Egységgyökök Deníció Az 1 n-edik gyökeit n-edik egységgyököknek nevezzük. Az 1 négyzetgyökei a komplexek körében: 1 és 1. Az 1 harmadik gyökei: 1, 1 + 3 2 2 i, 1 3 2 2 i. Az 1 negyedik gyökei: 1, i, 1, i. Az 1 hatodik gyökei: 1, 1 + 3 2 2 i, 1 + 3 2 2 i, 1, 1 3 2 2 i, 1 3 2 2 i. 1 1 1 Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 16 / 23

Egységgyökök Példa Számítsuk ki a hatodik egységgyököket! Megoldás Az 1 trigonometriai alakja 1 = 1(cos 0 + i sin 0). Olyan számokat keresünk, melyek 6-odik hatványa 1, azaz olyanokat, melyekre r 6 (cos 6ϕ + i sin 6ϕ) = 1(cos 0 + i sin 0). Innen r = 1, és 6ϕ = 0, de mivel 0 ugyanaz a szög, mint 2π, 4π..., ezért 6ϕ = 2π, 6ϕ = 4π, 6ϕ = 6π, 6ϕ = 8π, 6ϕ = 10π is lehet! Innen ϕ = 0, π /3, 2π /3, π, 4π /3, 5π /3. A gyökök tehát: 1(cos 0 + i sin 0) = 1, 1(cos π /3 + i sin π /3) = 1 + 3 2 2 i, 1(cos 2π /3 + i sin 2π /3) = 1 + 3 2 2 i, 1(cos π + i sin π) = 1, 1(cos 4π /3 + i sin 4π /3) = 1 2 3 2 i, 1(cos 5π /3 + i sin 5π /3) = 1 2 3 2 i. Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 17 / 23

Egységgyökök z 1 = a 1 + b 1 i = r 1 (cos ϕ 1 + i sin ϕ 1 ), z 2 = a 2 + b 2 i = r 2 (cos ϕ 2 + i sin ϕ 2 ) algebrai alakban: összeadás, kivonás, szorzás algebrai kifejezésként az i 2 = 1 helyettesítést használva; osztás a nevez konjugáltjával való b vítéssel. z 1 ± z 2 = (a 1 ± a 2 ) + (b 1 ± b 2 )i, z 1 z 2 = (a 1 a 2 b 1 b 2 ) + (a 1 b 2 + a 2 b 1 )i, z 1 = a 1 + b 1 i z 2 a 2 + b 2 i = (a 1 + b 1 i)(a 2 b 2 i) (a 2 + b 2 i)(a 2 b 2 i) = (a 1 a 2 + b 1 b 2 ) + (a 2 b 1 a 1 b 2 )i, a 2 2 + b2 2 trigonometriai alakban: z 1 z 2 = r 1 r 2 (cos(ϕ 1 + ϕ 2 ) + i sin(ϕ 1 + ϕ 2 )) z1 = r 1 (cos(ϕ z2 r2 1 ϕ 2 ) + i sin(ϕ 1 ϕ 2 )) z n = r n (cos nϕ + i sin nϕ) ( n r(cos ϕ + i sin ϕ) = n r k = 0, 1,... n 1. cos ϕ + 2kπ n + i sin ϕ + 2kπ ), ahol Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 18 / 23 n

M veleti tulajdonságok Tétel (Konjugált tulajdonságai) 1 z 1 ± z 2 = z 1 ± z 2 2 z 1 z 2 = z 1 z 2 3 z 1 /z 2 = z 1 / z 2 4 z = z Tétel (Abszolút érték tulajdonságai) 1 z = z 2 z 1 z 2 = z 1 z 2 3 z 1 /z 2 = z 1 / z 2 4 z 1 + z 2 z 1 + z 2 (háromszög-egyenl tlenség) Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 19 / 23

Az algebra alaptétele Tétel (Algebra alaptétele) Minden komplex-együtthatós n-edfokú (n 1) polinomnak van komplex gyöke. Tétel (Algebra alaptétele változat) Minden komplex-együtthatós n-edfokú (n 1) polinomnak pontosan n gyöke van, ha a gyököket multiplicitással számoljuk. Másként fogalmazva minden komplex-együtthatós polinom lineáris tényez k szorzatára bontható. Nevezetesen az a n x n + + a 1 x + a 0, a n 0, a 0, a 1,..., a n C egyenlethez léteznek olyan c 1, c 2,..., c n C számok, hogy a n x n + + a 1 x + a 0 = a n (x c 1 )(x c 2 )... (x c n ), és ez a felbontás a tényez k sorrendjét l eltekintve egyértelm. Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 20 / 23

Binomiális tétel Deníció (Binomiális együttható) ( ) n n(n 1)... (n k + 1) n! = = k 1 2 3... k k!(n k)! Tétel (Binomiális tétel) Tetsz leges valós vagy komplex a és b számokra (a + b) n = a n + na n 1 n(n 1) b + a n 2 b 2 +... + b n = 2 Példa (1 + i) 3 = 1 + 3i + 3i 2 + i 3 = 1 + 3i 3 i = 2 + 2i n k=0 ( n k ) a n k b k. Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 21 / 23

Binomiális tétel Pascal-háromszög ( 4 0 ( 0 ( 0) 1 ) ( 1 ( 0 1) 2 ) ( 2 ) ( 2 ( 0 1 2) 3 ) ( 3 ) ( 3 ) ( 3 ) 0 ( 1 2 3) 4 ) ( 4 ) ( 4 ) ( 4 1 2 3 4) 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 ( n k ) + ( ) ( ) n n = = 1 0 n ( ) ( ) n n = k n k ) ( ) n + 1 = k + 1 k + 1 ( n Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 22 / 23

Összefoglalás Amit hibátlanul tudni kell! 1 algebrai vagy trigonometriai alakban megadott komplex számok ábrázolása a komplex síkon 2 π 3, π 4 többszörös szögek esetén konverzió a két alak közt 3 algebrai alakban megadott komplex számok összeadása, kivonása, szorzása, osztása 4 trigonometriai alakban megadott komplex számok szorzása, osztása, hatványozása 5 második, harmadik, negyedik, hatodik egységgyökök fölírása 6 komplex szám abszolút értékének, konjugáltjának fölírása, az abszolút érték és a konjugált tulajdonságai 7 Pascal-háromszög els néhány sorának fölírása, a binomiális együtthatók kiszámolása, binomiális-tétel fölírása általános és konkrét (n = 2, 3, 4, 5, 6) esetén 8 az algebra alaptétele a komplex gyökök számáról Wettl Ferenc Komplex számok 2014. szeptember 14. 23 / 23