Bevezetés az algebrába komplex számok

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

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

Matematika A1a Analízis

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

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

Diszkrét matematika II., 3. előadás. Komplex számok

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

1. Gyökvonás komplex számból

1. A KOMPLEX SZÁMTEST A természetes, az egész, a racionális és a valós számok ismeretét feltételezzük:

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

10.M ALGEBRA < <

Lineáris algebra mérnököknek

1. Gyökvonás komplex számból

Diszkrét matematika 1.

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

3.4. gyakorlat. Matematika B1X február 1819.

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

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

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Komplex számok. 6. fejezet. A komplex szám algebrai alakja. Feladatok. alábbi komplex számokat és helyvektorukat:

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

N - edik gyökvonás. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

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

Kalkulus. Komplex számok

Nevezetes sorozat-határértékek

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

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

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

Algebra évfolyam. Szerkesztette: Hraskó András, Kiss Géza, Pataki János, Szoldatics József január 23.

Gyakorló feladatok II.

Függvényhatárérték-számítás

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:

Határértékszámítás. (szerkesztés alatt) Dr. Toledo Rodolfo április A határátmenet és a műveletek 12

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

megoldásvázlatok Kalkulus gyakorlat Fizika BSc I/1, 1. feladatsor 1. Rajzoljuk le a számegyenesen az alábbi halmazokat!

Számsorozatok. 1. Alapfeladatok december 22. sorozat határértékét, ha. 1. Feladat: Határozzuk meg az a n = 3n2 + 7n 5n létezik.

Kalkulus I. Első zárthelyi dolgozat szeptember 16. MINTA. és q = k 2. k 2. = k 1l 2 k 2 l 1. l 1 l n 6n + 8

1. Sajátérték és sajátvektor

Feladatok megoldása. Diszkrét matematika I. Beadandó feladatok. Bujtás Ferenc (CZU7KZ) December 14, feladat: (A B A A \ C = B)

Egy lehetséges tételsor megoldásokkal

FONTOSABB MATEMATIKAI JELEK, JELÖLÉSEK

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

képzetes t. z = a + bj valós t. a = Rez 5.2. Műveletek algebrai alakban megadott komplex számokkal

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

Lineáris kódok. u esetén u oszlopvektor, u T ( n, k ) május 31. Hibajavító kódok 2. 1

1. Komplex szám rendje

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli beugró kérdések. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

Kitűzött feladatok Injektivitás és egyéb tulajdonságok 69 KITŰZÖTT FELADATOK

= λ valós megoldása van.

MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA)

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli tételek. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

A G miatt (3tagra) Az egyenlőtlenségek két végét továbbvizsgálva, ha mindkét oldalt hatványozzuk:

Lajkó Károly Kalkulus I. példatár mobidiák könyvtár

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

Diszkrét matematika I. legfontosabb tételek/definíciók (II. javított verzió) 2014/2015. I. félév

I. rész. Valós számok

Waldhauser Tamás szeptember 15.

(d) x 6 3x 2 2 = 0, (e) x + x 2 = 1 x, (f) 2x x 1 = 8, 2(x 1) a 1

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

Matematika A1a Analízis

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

1 n. 8abc (a + b) (b + c) (a + c) 8 27 (a + b + c)3. (1 a) 5 (1 + a)(1 + 2a) n + 1

V. Deriválható függvények

1. A komplex számok definíciója

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

Sorozatok október 15. Határozza meg a következ sorozatok határértékeit!

1. Írd fel hatványalakban a következõ szorzatokat!

194 Műveletek II. MŰVELETEK A művelet fogalma

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a Z

8.1. A rezgések szétcsatolása harmonikus közelítésben. Normálrezgések. = =q n és legyen itt a potenciál nulla. q i j. szimmetrikus. q k.

Függvények határértéke 69. III. Függvények határértéke

Valasek Gábor

I. Koordinátarendszerek a síkban és a térben, mátrixok

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

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

3. Számelmélet. 1-nek pedig pontosan három. Hány pozitív osztója van az n számnak? OKTV 2012/2013; I. kategória, 1. forduló

A primitív függvény és a határozatlan integrál 7

A primitív függvény létezése. Kitűzött feladatok. határérték, és F az f egy olyan primitívje, amelyre F(0) = 0. Bizonyítsd be,

FELADATOK A BEVEZETŽ FEJEZETEK A MATEMATIKÁBA TÁRGY I. FÉLÉVÉHEZ

MAGASABBFOKÚ MÁTRIXEGYENLETEK MEGOLDÁSA

Kalkulus szigorlati tételsor Számítástechnika-technika szak, II. évfolyam, 2. félév

1. A komplex számok ábrázolása

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

Integrálszámítás (Gyakorló feladatok)

A1 Analízis minimumkérdések szóbelire 2014

Waldhauser Tamás szeptember 8.

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

Pl.: hányféleképpen lehet egy n elemű halmazból k elemű részhalmazt kiválasztani, n tárgyat hányféleképpen lehet szétosztani k személy között stb.?

min{k R K fels korlátja H-nak} a A : a ξ : ξ fels korlát A legkisebb fels korlát is:

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

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

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

II. INTEGRÁLÁSI MÓDSZEREK

Átírás:

Bevezetés az algebrába komplex számok Wettl Ferec Algebra Taszék B U D A P E S T I M Ű S Z A K I M A T E M A T I K A É S G A Z D A S Á G T U D O M Á N Y I I N T É Z E T E G Y E T E M 2015. december 6. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 1 / 41

A komplex számok rövid törtéete 1 A komplex számok rövid törtéete 2 3 Az algebra alaptétele 4 Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 2 / 41

A komplex számok rövid törtéete A számfogalom bővülése pozitív egészek összeadás, szorzás a + x = b megoldhatósága egatív számok és 0 ax = b megoldhatósága racioális számok x 2 = 2 megoldása vaak em racioális számok is sorozatok határértékéek fogalma irracioális számok racioális + irracioális számok valós számok és mi va az x 2 = 1 egyelet megoldhatóságával? Szükség va további bővítésre? D Egy F testről azt modjuk, hogy algebrailag zárt, ha bármely em kostas F -beli együtthatós poliomak va F -be zérushelye. P Q és R tehát em zárt, mert x 2 + 1-ek ics zérushelye e testekbe, de em zárt pl. Z 5 sem, mert az x 2 + 2 poliomak Z 5 -be ics zérushelye. T Erst Steiitz, 1910) Mide F test beágyazható algebrailag zárt testbe, melyek közt létezik legszűkebb, ami F -et fixehagyó izomorfia erejéig egyértelmű. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 3 / 41

A komplex számok rövid törtéete Egy kis törtéelem Girolamo Cardao (1501 1576) orvos, filozófus, matematikus 1538 körül értesül arról, hogy Scipioe del Ferro és Niccolò Tartaglia egymástól függetleül felfedezték az x 3 + px = q alakú harmadfokú egyelet megoldását 1545-be megírja Ars maga sive de regulis algebraicis című művét, bee a megoldóképlettel 1552-től kezdődőe Európa egyik leghíresebb orvosa a 60-as évek elejé elveszti két fiát (gyilkosságért halál, rablásért száműzetés) 1570-be Bologába bebörtözik, szabadulása utá Rómába költözik Scipioe del Ferro (1465 1526) felfedezi a harmadfokú egyelet megoldásáak módját titokba tartja (kivétel Nave, Fiore) Niccolò Fotaa (1500? 1557) gúyevé Tartaglia (dadogó) (1511 Brescia, fracia dúlás) 1535: Fiore kihívja Tartagliát egy 15 apos verseyre (30 feladat, a vesztes a győztest és 29 barátját megvedégeli) felkészüléskor Tartaglia rájö a ehezebb típusú harmadfokú egyeletek megoldásáak módjára Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 4 / 41

A komplex számok rövid törtéete Egy kis törtéelem Cardao (kilátásba helyezve Tartaglia tüzérségi találmáyaiak pártfogót keres, titoktartás igérete mellett megszerzi a titkot) amikor Navétól megtudja, hogy del Ferro is ismerte e képleteket, felmetve érzi magát, és publikálja (a egyedfokú esetre is továbbfejlesztve az eredméyt) Tartaglia leírta megcsalatásáak törtéetét Miláóba Ferrari (Cardao taítváya) vitára hívja Tartagliát, aki a vitát elveszti, eek következtébe lehetőségeit (yilváos előadások) elveszíti Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 5 / 41

A komplex számok rövid törtéete A megoldóképlet egy speciális esetre Oldjuk meg az x 3 = bx + c egyeletet! A Tartaglia által talált képlet (eél később precízebb formába fogjuk tauli): x = 3 c ( ) 2 c 2 + 2 Oldjuk meg a x 3 = 7x + 6 egyeletet! ( ) 3 b + 3 c 3 2 ( c 2 ( 6 ) 2 ( ) 6 x = 3 7 3 ( 6 2 + + 3 6 2 3 2 2 = 1 3 81 + 30 3 + 1 3 81 30 3 3 3 ( 9/2 + 1/2 ) 3 + 1 3 = 1 3 = 3 ) 2 ( 9/2 1/2 ) 3 ( ) 3 b 3 ) 2 ( 7 3 3) Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 6 / 41

A komplex számok rövid törtéete Alkalmazások hidrodiamika, áramlások vizsgálata, Zsukov-féle száryprofil elektromosságta, jelfeldolgozás, villamosméröki tudomáyok lieáris redszerek, lieáris differeciálegyeletek megoldása relativitáselmélet, kvatummechaika fraktálok (Madelbrot-halmazok: ahol a z 0 = c, z = z 2 1 + c sorozat korlátos; Julia-halmazok) Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 7 / 41

A komplex számok rövid törtéete Fraktálok Madelbrot halmaz Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 8 / 41

1 A komplex számok rövid törtéete 2 3 Az algebra alaptétele 4 Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 9 / 41

Komplex számok jelölés i = 1 imagiárius egység (imagiárius = em valódi) Defiíció (komplex szám algebrai alakja) Az a + bi, a, b R alakú kifejezéseket komplex számokak evezzük, 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 alakak evezzük. Az a szám a z valós része, a b az imagiárius, jelölése: a = Re z, b = Im z (más szokásos jelölés: a = R(z), b = I(z)). Defiíció (kojugált) z = a ib, ahol z = a + ib Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 10 / 41

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 Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 11 / 41

Komplex számok Defiíció Az (a, b) vektor x-tegellyel bezárt szöge legye φ, hossza r. Ekkor a z = a + ib komplex szám felírható r(cos φ + i si φ) alakba is, hisz a = r cos φ, és b = r si φ. Ezt az alakot trigoometriai alakak, az r emegatív valóst a komplex szám abszolút értékéek, φ-t iráyszögéek, arkuszáak vagy argumetumáak evezzük: r = z, φ = arg z. Tétel A komplex számok algebrai alakja egyértelmű. Bizoyítás. a + bi = c + di a c = (d b)i. b d a c d b = i elletmodás; b = d a c = 0 a = c. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 12 / 41

Komplex számok Tétel (Kapcsolat az algebrai és trigoometriai alak közt) Ha z = a + bi = r(cos φ + i si φ), akkor a = r cos φ b = r si φ r = z = a 2 + b 2 = z z, (ugyais z z = (a + ib)(a ib) = a 2 + b 2 ) arctg( b a ) ha a > 0 arctg( b a ) + π ha a < 0 és b 0 arctg( b φ = arg(z) = a ) π ha a < 0 és b < 0 π 2 ha a = 0 és b > 0 π 2 ha a = 0 és b < 0 határozatla ha a = 0 és b = 0 ahol φ ( π, π]. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 13 / 41

Komplex számok π/2 3π/4 2π/3 2 + 2 3i π/3 π/4 5π/6 π/6 π 0 1 2 3 3 i 0 2 2i 7π/6 5π/4 7π/4 11π/6 4π/3 5π/3 3π/2 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 14 / 41

Műveletek algebrai alakkal 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 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 15 / 41

Műveletek algebrai alakkal Példa (Alapműveletek algebrai alakkal) (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i (a + bi)(c + di) = (ac bd) + (ad + bc)i a + bi (a + bi)(c di) ac + bd bc ad = = c + di (c + di)(c di) c 2 + + d 2 c 2 + d 2 i Tétel Alapműveletek algebrai alakba: összeadás, kivoás, szorzás algebrai kifejezéskét az i 2 = 1 helyettesítést haszálva; osztás a evező kojugáltjával való bővítéssel. C test (azaz C zárt az összeadás és szorzás műveletére, midkét művelet kommutatív és asszociatív, az összeadás ivertálható, a szorzás ivertálható a C {0} halmazo, a szorzás disztributív az összeadásra ézve). Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 16 / 41

Műveletek algebrai alakkal Tétel (Kojugált tulajdoságai) 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 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 17 / 41

Műveletek trigoometriai alakkal Példa [2(cos π 3 + i si π 3 )][cos 7π 6 + i si 7π 6 ] = 2cos π 3 cos 7π 6 2 si π 3 si 7π 6 + 2[cos π 3 si 7π 6 + si π 3 cos 7π 6 ]i = 2 cos( π 3 + 7π 6 ) + 2 si( π 3 + 7π 6 )i = 2 cos 3π 2 + 2 si 3π 2 i = 2i. Elleőrzés: (1 + 3i)( 3 2 i 2 ) = 3 2 3 2 i 2 i 2 3 3 2 i = 2i. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 18 / 41

Műveletek trigoometriai alakkal Állítás (Szorzás, osztás trigoometriai alakba) Legye z 1 = r 1 (cos φ 1 + i si φ 1 ), z 2 = r 2 (cos φ 2 + i si φ 2 ). Ekkor Bizoyítás. z 1 z 2 = r 1 r 2 (cos(φ 1 + φ 2 ) + i si(φ 1 + φ 2 )), z 1 = r 1 (cos(φ 1 φ 2 ) + i si(φ 1 φ 2 )) z 2 r 2 A szögek összegére voatkozó trigoometriai azoosságokkal: z 1 z 2 = r 1 (cos φ 1 + i si φ 1 ) r 2 (cos φ 2 + i si φ 2 ) = r 1 r 2 (cos φ 1 cos φ 2 si φ 1 si φ 2 + i(si φ 1 cos φ 2 + cos φ 1 si φ 2 )) = r 1 r 2 (cos(φ 1 + φ 2 ) + i si(φ 1 + φ 2 )) Az osztásra hasolóa. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 19 / 41

Műveletek trigoometriai alakkal Tétel (Abszolút érték tulajdoságai) 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-egyelőtleség) Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 20 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Példa Számítsuk ki 0 1 ( 1 ) 100 3 2 + 2 i értékét! Megoldás. 1 2 + 3 2 i trigoometriai alakja: cos π 3 + i si π 3. [cos π 3 +i si π 3 ]100 = cos 100π 3 +i si 100π 3 = cos 4π 3 +i si 4π 3 = 1 2 3 2 i. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 21 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Példa Számítsuk ki 0 1 2 ( 3 + i ) 9 értékét! Megoldás. 3 + i hossza 3 2 + 1 2 = 2, trigoometriai alakja: 2(cos π 6 + i si π 6 ). [2(cos π 6 + i si π 6 )]9 = 2 9 (cos 9π 6 + i si 9π 6 ) = 512(cos 3π 2 + i si 3π 2 ) = 512i Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 22 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Defiíció Az 1 -edik gyökeit -edik egységgyökökek evezzük. Az 1 égyzetgyökei a komplexek körébe: 1 és 1. Az 1 harmadik gyökei: 1, 1 2 + 3 2 i, 1 2 3 2 i. Az 1 egyedik gyökei: 1, i, 1, i. Az 1 hatodik gyökei: 1, 1 2 + 3 2 i, 1 2 + 3 2 i, 1, 1 2 3 2 i, 1 2 3 2 i. 1 1 1 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 23 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Példa Számítsuk ki a hatodik egységgyököket! Megoldás. Az 1 trigoometriai alakja 1 = 1(cos 0 + i si 0). Olya számokat keresük, melyek 6-odik hatváya 1, azaz olyaokat, melyekre r 6 (cos 6φ + i si 6φ) = 1(cos 0 + i si 0). Ie r = 1, és 6φ = 0, de mivel 0 ugyaaz a szög, mit 2π, 4π..., ezért 6φ = 2π, 6φ = 4π, 6φ = 6π, 6φ = 8π, 6φ = 10π is lehet! Ie φ = 0, π /3, 2π /3, π, 4π /3, 5π /3. A gyökök tehát: 1(cos 0 + i si 0) = 1, 1(cos π /3 + i si π /3) = 1 2 + 3 2 i, 1(cos 2π /3 + i si 2π /3) = 1 2 + 3 2 i, 1(cos π + i si π) = 1, 1(cos 4π /3 + i si 4π /3) = 1 2 3 2 i, 1(cos 5π /3 + i si 5π /3) = 1 2 3 2 i. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 24 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Defiíció (Komplex -edik gyökvoás) Ha z C és N +, akkor z = {w C : w = z}, azaz a z komplex szám komplex -edik gyöké azo w számok halmazát értjük, melyekre w = z. (Ez külöbözik a valós -edik gyök fogalmától!) Állítás (Hatváyozás, gyökvoás trigoometriai alakba) Legye z = r(cos φ + i si φ). Ekkor z 1 = r 1 (cos( φ) + i si( φ)) = r 1 (cos φ i si φ) z = (r(cos φ + i si φ)) = r (cos φ + i si φ), Z ( ) φ + 2kπ φ + 2kπ z = r cos + i si, N +, k = 0, 1,..., 1, ahol a komplex, a valós -edik gyökvoás művelete, és k végigfuthat bármely más mod teljes maradékredszer mide elemé. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 25 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Példa (Gyökvoás egységgyökkel való szorzással) 5 1 + i 3 Megoldás. z = 1 + i 3 = 2(cos π 3 + i si π 3 ) ( z = 2, arg(z) = π 3. Az összes gyök meghatározásához elegedő egy gyök kiszámítása, és aak megszorzása az 5-ödik egységgyökökkel (miért?). Egy gyök: 5 2(cos π 15 + i si π 15 ) Az összes gyök: 5 2(cos π 15 + i si π 2kπ 15 )(cos 5 + i si 2kπ 5 ), ahol k = 0, 1,..., 4. Azaz 5 2(cos( π 15 + 2kπ 5 ) + i si( π 15 + 2kπ 5 ), k = 0, 1,..., 4. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 26 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Defiíció (Primitív -edik egységgyök) Legye ε C és N +. Azt modjuk, hogy ε primitív -edik egységgyök, ha ε = 1, de ics olya 0 < k <, hogy ε k = 1. Példa Válasszuk ki a 6-odik egységgyökök közül a primitíveket! 3 6 2 1 3 6 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 27 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Tétel Legye ε C egy primitív -edik egységgyök ( N + ) és legye k Z. ε k potosa akkor lesz primitív -edik egységgyök, ha (k, ) = 1. Bizoyítás. Tegyük fel, hogy valamely m N + egészre (ε k ) m = ε km = 1. Ekkor, mivel ε primitív -edik egységgyök, km, ugyais ha em vola, akkor maradékosa osztva -el kapjuk, hogy km = q + r, ahol 0 < r <. Ekkor viszot 1 = ε km = ε q ε r = ε r, ami elletmod aak, hogy ε primitív -edik egységgyök. Ha (k, ) = 1, akkor m, tehát ε k primitív -edik egységgyök. Ha (k, ) = d > 1, akkor (ε k ) /d = (ε ) k/d = 1, ami d < miatt azt jeleti, hogy ε k em primitív -edik egységgyök. Következméy A primitív -edik egységgyökök száma φ(). Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 28 / 41

Hatváyozás, gyökvoás, egységgyökök Tétel Egy ε egységgyök potosa akkor primitív -edik egységgyök, ha hatváyaikét mide -edik egységgyök megkapható. Tétel Az -edik egységgyökök összege 0, szorzata ( 1) +1. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 29 / 41

Az algebra alaptétele 1 A komplex számok rövid törtéete 2 3 Az algebra alaptétele 4 Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 30 / 41

Az algebra alaptétele Tétel (Algebra alaptétele) Mide komplex-együtthatós -edfokú ( 1) poliomak va komplex gyöke. Tétel (Algebra alaptétele változat) C algebrailag zárt test. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 31 / 41

Az algebra alaptétele Tétel (Algebra alaptétele változat) Mide komplex-együtthatós -edfokú ( 1) poliomak a gyököket multiplicitással számolva potosa gyöke va. Azaz mide komplex-együtthatós poliom lieáris téyezők szorzatára botható: az a x + + a 1 x + a 0, a 0, a 0, a 1,..., a C egyelethez létezek olya c 1, c 2,..., c C számok, hogy a x + + a 1 x + a 0 = a (x c 1 )(x c 2 )... (x c ), és ez a felbotás a téyezők sorredjétől eltekitve egyértelmű. Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 32 / 41

Az algebra alaptétele Állítás Mide a, b, c C (a 0) eseté az az 2 + bz + c poliom a(z z 1 )(z z 2 ) alakra hozható, ahol (a komplex gyökvoás jelével) Bizoyítás. z 1,2 = b + b 2 4ac. 2a (z z 1 )(z z 2 ) ( = a z b + ) ( b 2 4ac z b ) b 2 4ac 2a 2a ( ( b + D = a z 2 z + b ) D + b + D b ) D 2a 2a 2a 2a ( = a z 2 z 2b 2a + 4ac ) 4a 2 = az 2 + bz + c Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 33 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok 1 A komplex számok rövid törtéete 2 3 Az algebra alaptétele 4 Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 34 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Defiíció (Biomiális együttható) ( ) ( 1)... ( k + 1) = k 1 2 3... k =! k!( k)!,, k N 0, k. k! = 1 2 (k 1) k, 0! = 1 ( 1)... ( k + 1) A képlet értelmezhető valós eseté is: ( ) 1 2 3 k 1 1 2 2 = ( 1 2 ) ( 3 2 ) = 1 3 1 2 3 16 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 35 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Állítás (A biomiális együttható alaptulajdoságai) 1. bizoyítás. ( ) ( + k ( ) ( ) = = 1 0 ( ) ( ) = k k ) ( ) + 1 = k + 1 k + 1 ( 1)... ( k + 1) + 1 2 3... k ( 1)... ( k + 1)[(k + 1) + ( k)] 1 2 3... (k + 1) ( 1)... ( k) 1 2 3... (k + 1) = = ( + 1)... ( k + 1) 1 2 3... (k + 1) Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 36 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Pascal-háromszög ( 0 ( 0) 1 ) ( 1 ( 0 1) 2 ) ( 2 ) ( 2 ( 0 1 2) 3 ) ( 3 ) ( 3 ) ( 3 ( 0 1 2 3) 4 ) ( 4 ) ( 4 ) ( 4 ) ( 4 0 1 2 3 4) 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 37 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok Tétel (Biomiális tétel) Tetszőleges valós vagy komplex a és b számokra és N 0 természetes számra (a + b) = a + a 1 b + ( 1) a 2 b 2 +... + b = 2 k=0 ( ) a k b k. k Mivel a bizoyítás csak az a és b közti összeadás és szorzás műveleti tulajdoságait haszálja, ezért a tétel bármely egységelemes kommutatív gyűrű a és b elemére is igaz. Speciálisa a = 1, b = x helyettesítéssel: ( ) (1 + x) = x 0 + 0 = k=0 ( 1 ( ) x k. k ) x 1 + ( 2 ) x 2 +... + ( 1 ) x 1 + ( ) x Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 38 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok P 2 = (1 + 1) = P 0 = (1 1) = k=0 k=0 ( k ) ( 1) k ( k ) P (1 + i) 3 = 1 + 3i + 3i 2 + i 3 = 1 + 3i 3 i = 2 + 2i ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) P (1 + i) = i k = + i i +... k 0 1 2 3 k=0 Másrészt (1 + i) = ( ( 2) cos π 4 + i si π ) 4 A két eredméy összehasolításából: ( ) ( ) ( ) ( ) + +... = ( 2) cos π 0 2 4 6 4 ( ) ( ) ( ) ( ) + +... = ( 2) si π 1 3 5 7 4 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 39 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok 1. Bizoyítás: teljes idukcióval. = 0: 1 = 1 + 1: (a + b) +1 = ( ( ) a k b k) (a + b) k k=0 ( ) ( ) = a +1 k b k + a k b k+1 k k k=0 k=0 ( ) ( ) ( ) = a +1 + a b +... + ab 0 1 ( ) ( ) ( ) + a b +... + ab + b +1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) +1 +1 +1 +1 = a +1 + a b +... + ab + b +1 0 1 +1 Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 40 / 41

Biomiális tétel, kombiatorikai alapfeladatok 2. Bizoyítás a biomiális együtthatók additív tulajdoságára. + 1 elem közül megjelölük egyet. Háyféleképp választhatuk ki közülük k + 1-et. Egyrészt ( +1 k+1). Másrészt ( ( k) -féleképp úgy, hogy köztük va a megjelölt elem, és k+1) -féleképp úgy, hogy ics köztük! Tehát ( +1 ( k+1) = ) ( k + k+1). 2. Bizoyítás a biomiális tételre kombiatorikai leszámlálással. Számítsuk ki, hogy az (a + b)(a + b)... (a + b) szorzatba mi a k b k együtthatója. Háyféleképp választható ki az darab (a + b) téyezőből k darab b és k darab a? Összese ( k). Wettl Ferec Bevezetés az algebrába komplex számok 2015. december 6. 41 / 41