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



Hasonló dokumentumok
1. A komplex számok definíciója

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

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

Érettségi feladatok: Egyenletek, egyenlőtlenségek 1 / május a) Melyik (x; y) valós számpár megoldása az alábbi egyenletrendszernek?

10. Síkgeometria. I. Elméleti összefoglaló. Szögek, nevezetes szögpárok

15. Koordinátageometria

11. Geometriai transzformációk

Komplex számok algebrai alakja

Kezdők és Haladók (I., II. és III. kategória)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

12. Trigonometria I.

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

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

A lehetetlenségre visszavezetés módszere (A reductio ad absurdum módszer)

Skatulya-elv. Sava Grozdev

Matematika Gyakorló feladatok vizsgára 12. évf. emelt szint

Szakdolgozat. Készítette: Csuka Anita. Témavezető: Besenyei Ádám, adjunktus

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Függvények Analízis

Jelöljük az egyes területrészeket A-val, B-vel és C-vel, ahogy az ábrán látható.

4. Számelmélet, számrendszerek

19. Területszámítás. Minden sokszöghöz hozzárendelünk egy pozitív valós számot. A hozzárendelés az alábbi tulajdonságokkal rendelkezik:

1. Komplex szám rendje

MI ILYENNEK KÉPZELJÜK MATEMATIKA

Helyi tanterv Matematika évfolyam Felnőttoktatási tagozat

Matematika kisérettségi I. rész 45 perc NÉV:...

Geometria 1 normál szint

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Számelmélet

MATEMATIKA C 12. évfolyam 4. modul Még egyszer!

FELADATSOROK 3 IX. osztály... 3 X. osztály... 4 XI. osztály... 5 XII. osztály... 7

I. Síkgeometriai alapfogalmak, szögek, szögpárok

Átírás:

Komplex számok A valós számok és a számegyenes pontjai között kölcsönösen egyértelmű megfeleltetés létesíthető. A számfogalom a számegyenes pontjainak körében nem bővíthető tovább. A számfogalom bővítését indokolja az, hogy például az x = és x + x + = 0 egyenletek megoldását számnak tekinthessük: x = = ı (imaginárius egység), illetve x = ± = ± ı Komplex számnak nevezük az a + bı szimbólummal jelölt számokat, ha a és b valós. Az a + bı ún. algebrai alakú komplex szám valós része a, imaginárius vagy képzetes része b. Megállapodunk abban, hogy a komplex számok között az összeadást, kivonást, szorzást, osztást ugyanolyan szabályok szerint végezzük el, mint a valós számok körében. (Bebizonyítható, hogy ez a megállapodás lehetséges, és a komplex számok halmazán ugyanazok az azonosságok érvényesek, mint a valós számokra.) Komplex szám akkor és csakis akkor 0, ha a + bi-ben a = 0 és b = 0. b = 0-ra a komplex számok részhalmaza a valós számok. a = 0-ra a komplex számok részhalmaza az imaginárius számok. Két komplex szám akkor és csak akkor egyenlő, ha a valós részei és imaginárius részei egyenlők: a + b ı = a + b ı a = a, b = b Összeadás: (a + bı) + (c + dı) = (a + c) + (b + d)ı. Szorzás: (a + bı)(c + dı) = ac + bcı + adı + bdı = (ac bd) + (bc + ad)ı.

Példák: (6 + ı) + (8 ı) = ı ( + ı)(7 + ı) = + 8ı 9ı = + 9ı (5 + ı)(5 ı) = 5 + = 9 (5 + ı) = 5 + 0ı = + 0ı ı =, ı = ı, ı =, ı 5 = ı Két komplex szám hányadosa (osztás): a + bı (a + bı)(c dı) (ac + bd) + (bc ad)ı = = c + dı (c + dı)(c dı) c + d = Példa hatványozásra: ac + bd bc ad c + + d c + d ı (5 + ı) = 5 + 5 ı + 5 ı + ı = 5 + 75ı 5 ı = 0 + 7ı Komplex számsík A komplex számokról szemléletes képet kapunk a komplex számsík által. ) A komplex számok és a rendezett számpárok között kölcsönösen egyértelmű megfeleltetés létesíthető. ) A rendezett számpárok és a koordinátasík pontjai között ugyancsak kölcsönösen egyértelmű a megfeleltetés. A z = a + bı komplex számhoz tartozik az (a,b) pont és a hozá tartozó helyvektor. Ennek hossza a szám abszolútértéke: z = a + b. A komplex szám argumentuma vagy irányszöge az a szög, amellyel az x tengelyt pozitív irányban elforgatva fedi a vektort. Ez az argumentum forgásszög, tehát ϕ, ϕ ± ± 60, ϕ ± 60,... ugyanazt a komplex számot határozza meg. Negatív irányban forgatva a ϕ szög negatív értelmű. Jele: arg z = ϕ. Bizonyítható: ) z z = z z ) z = z z z Konjugált komplex számok: z = a + bı és z = a bı egymás konjugáltjai: z a z-nek a valós tengelyre való tükörképe:

y bı z = a + bı z ϕ ϕ a x bı z = a bı ) z = z ) arg z = arg z ) zz = z = z ugyanis (a + bı)(a bı) = a + b Konjugáltakra vonatkozó azonosságok: ) z = z z ) z + z = z + z ) z z = z z ) z z = z z A z = a + bı 0 komplex szám inverze : z = z = z z z = a bı a + b. Komplex számok összeadása a vektorösszeadás szabályai szerint történik, szemléltetése is ennek megfelelő. A sík minden z pontjához a b komplex számot adva a kapott z = z + b komplex számoknak megfelelő pontok a sík pontjainak b vektorral való eltolásával adódnak. Komplex számok szorzása a korábbi azonosságokból következik. Az ábrán lévő kisebb háromszög mindegyik oldalához tartozó számot z -vel szorozva a nagyobb háromszög oldalvektorait kapjuk. Innen következik, hogy z z = z z

y z + z z z x z z z z z = (z )z y z ϕ z z ϕ ϕ x és arg z z = arg z arg z. A z = az leképezés arg z-vel való elforgatás és a -kel való nyújtás egymásutánja: forgatva nyújtás. Komplex számnak valós számmal való szorzása: az O pontra vonatkozó centrális hasonlóság.

y r bı O ϕ a x Komplex számok trigonometrikus alakja z = a + bı } {{ } = r(cos ϕ + ı sin ϕ) } {{ } algebrai alak trigonometrikus alak ahol r = z = a + b, a = r cos ϕ, b = r sin ϕ ) Írjuk fel trigonometrikus alakban a z = z y ı + ı komplex számot! O x z 5

r = z = + = = cos 50 = sin50 Tehát z trigonometrikus alakja: z = cos 50 + ı sin 50. z konjugáltjának trigonometrikus alakja: z = cos 0 + ı sin 0. ) Írjuk fel a z = 5(cos 60 + ı sin 60 ) trigonometrikus alakban adott komplex számot algebrai alakban! cos 60 =, sin60 =, így z = 5 + ı5 Szorzás trigonometriai alakban: Ha akkor z = r (cos ϕ + ı sin ϕ ) és z = r (cos ϕ + ı sin ϕ ), z z = r r (cos ϕ + ı sin ϕ )(cos ϕ + ı sin ϕ ) = = r r (cos ϕ cos ϕ sin ϕ sin ϕ + ı sin ϕ cos ϕ + ı cos ϕ sin ϕ ) = = r r ( cos (ϕ + ϕ ) + ı sin (ϕ + ϕ ) ). Hatványozás trigonometriai alakban: z n = r r... r { (cos (ϕ + ϕ +... + ϕ) + ı sin (ϕ + ϕ +... + ϕ) } = = r n (cos nϕ + ı sin nϕ) (Moivre-képlet) Osztás trigonometriai alakban: A z = r(cos ϕ + ı sin ϕ) 0 komplex szám reciproka: z = ( ) cos ( ϕ) + ı sin ( ϕ), ugyanis így z r z = r ( ) cos (ϕ ϕ) + ı sin (ϕ ϕ) =. r Ha z = r (cos ϕ + ı sin ϕ ) és z = r (cos ϕ + ı sin ϕ ) 0, akkor z z = r r ( cos (ϕ ϕ ) + ı sin (ϕ ϕ ) ). 6

y z O z x Komplex szám reciprokának geometriai tartalma: z-nek az egységkörre vonatkozó tükörképét (inverzét) tükrözzük a valós tengelyre. Komplex számok n-edik gyöke: Ha w = t(cos φ + ı sin φ) és z = r(cos ϕ + ı sin ϕ), akkor w n = z esetén w n = t n (cos nφ + ı sin nφ) = r(cos ϕ + ı sin ϕ), innen t = n r és nφ ϕ = k 60, mivel az irányszögek 60 egészszámszorosával különbözhetnek, tehát φ = ϕ + k 60, ahol k tetszőleges egész szám. Így n w = n r (cos ϕ + k 60 + ı sin ϕ + k ) 60 n n k = 0,,...,n választásával n darab különböző gyök adódik, k további értékeire ezek ismétlődnek. Tehát egy komplex számnak n darab n-edik gyöke van. Komplex szám exponenciális alakja z = re ıϕ = r(cos ϕ + ı sin ϕ) 7

Példák ) Határozzuk meg a z = és z = komplex számok négyzetgyökét! z = = (cos 0 + ı sin 0 ) z = (cos ϕ + k 0 + ı sin ϕ + k ) 0 (cos 0 + ı sin 0 ) = z = (cos 80 + ı sin 80 ) = k = 0, tehát z = = (cos 80 + ı sin 80 ) z = (cos ϕ + k 80 + ı sin ϕ + k ) 80 (cos 90 + ı sin 90 ) = ı z = (cos 70 + ı sin 70 ) = ı k = 0, tehát ) Számítsuk ki a z = 5(cos 0 +ı sin 0 ) és z = (cos 8 +ı sin 8 ) komplex számok szorzatát és hányadosát! z z = 5 ( cos (0 + 8 ) + ı sin (0 + 8 ) ) = 5(cos 58 + ı sin 58 ) z = 5 ( cos (0 8 ) + ı sin (0 8 ) ) = 5 z (cos + ı sin ) ) Számítsuk ki az ı komplex szám harmadik gyökeit! i = (cos 90 + ı sin 90 ) ı = (cos 90 + k 60 + ı sin 90 + k 60 ) k = 0,, ı = cos 0 + ı sin 0 ı = cos 90 + 60 ı = cos 90 + 70 + ı sin 90 + 60 + ı sin 90 + 70 = cos 50 + ı sin 50 = cos 70 + ı sin 70 8

) Számítsuk ki a z = komplex szám negyedik gyökeit! = (cos 0 + ı sin 0 ) = (cos 0 + k 60 + ı sin 0 + k 60 ) k = 0,,, = cos 0 + ı sin 0 = = cos 60 = cos 70 + ı sin 60 + ı sin 70 = cos 90 + ı sin 90 = ı = cos 80 + ı sin 80 = = cos 080 + ı sin 080 = cos 70 + ı sin 70 = ı ı ı 5) Határozzuk meg annak a négyzetnek a csúcsait, amelynek A és B csúcsát a z a = + ı illetve a z b = 5 + ı komplex számok jelölik ki a komplex számsíkon! AB = z b z a = + ı ı-vel való szorzás pozitív 90 -os forgatást, ı-vel való szorzás negatív 90 -os forgatást jelent. Így AD = AB ı = (+ı)(ı) = +ı, AD = AB ( ı) = (+ı)( ı) = ı 9

Ebből: C = z b + AD 5 + ı + ı = + 6ı D = z a + AD + ı + ı = + ı C = z b + AD 5 + ı + ı = 7 + ı D = z a + AD + ı + ı = 5 C D B A C D 6) Mutassuk meg, hogy az O középpontú kör két húrjának a, a illetve b, b végpontjaira: a a = b b a a b b a a = b b a a b b a b b a a a O b O a b Párhuzamosság esetén: a -et b -be ugyanolyan szögű forgatás viszi, mint b -t a -be. Azaz a e = b illetve a e = b. Innen b a = a b, tehát 0

a a = b b. A bizonyítás megfordítható. Merőlegesség esetén: a a párhuzamos b b -vel. Innen a a = b b, azaz a a = b b. A bizonyítás megfordítható. 7) Mi a geometriai helye a következő összefüggéseket kielégítő pontoknak: a) z a = z b b) Re(z ) = 5 c) z < Rez d) Imz > 0 e) z z + = a f) z + z = a } g) Rez z < = h) z ı < i) z > a) Az a és b pontokat összekötő szakasz felezőmerőlegese. b) Az x = egyenes. c) Az y = x parabola belseje. d) Az y > 0 félsík (felső félsík). e) ± fókuszú lemniszkáták. Ha a <, akkor e lemniszkáták két önálló oválisból állnak, ha a =, akkor a Bernoulli-féle lemniszkátát kapjuk, ha a >, akkor zárt görbéket kapunk. f) Lemniszkáták. g) Az x y = hiperbola. h) Az M(0,) középpontú, sugarú kör belseje. i) Az x + y = 9 és (x ) + y = körök közötti gyűrűszerű tartomány. Feladatok ) Írja fel exponenciális alakban a z = + ı és a z = cos α + ı sin α komplex számokat. ) Számítsa ki és szerkessze meg a z z szorzatot, ha a) z = + 5ı z = ı b) z = + 5ı z = ı c) z = + 5ı z = ı ) Számítsa ki a ( ı)e ı π és a (cos 05 + ı sin 05 )(cos 5 + ı sin 5 ) szorzatokat.

) Számítsa ki a ( + ı)( 7ı) szorzatot. 5) A z = ı komplex számot mint vektort forgassa el 60 -kal és zsugorítsa felére az abszolútértékét. 6) A z = 6ı komplex számot mint vektort hány fokos szöggel kell elforgatni, hogy eredményül a ++ı( ) komplex számot kapjuk? ( 7) Számítsa ki az 5e ı π ( ı) cos π + ı sin π ) szorzatot. 8) Számítsa ki a következő hányadosokat: a) d) + ı ı b) + ı cos 75 + ı sin 75 e) 5 + ı ı e ı π 6 + ı c) f) + ı ı ( ) ı e ı π g) ı ( ı)( + ı) h) cos 05 + ı sin 05 cos 5 + ı sin 5 i) ı + ı j) 5 ı ı k) + ı 9) Számítsa ki a következő hatványokat: l) + ı ı a) ( ı) 5 b) (ı ) 6 c) ( ) 8 ı ı d) ( ) ( ı)( + ı) e) (cos 5 + ı sin 5 ) f) ı ( e ı π 6 ) 8 g) ( ) ( + ı)e ı π h) ( ) 5 i) ı ( ) + ı ı 0) A (cos ϕ+ı sin ϕ) n = cos nϕ+ı sin nϕ összefüggés felhasználásával igazolja, hogy illetve cos 6ϕ = cos 6 ϕ 5cos ϕsin ϕ + 5cos ϕsin ϕ sin 6 ϕ, sin 8ϕ = 8sin ϕcos 7 ϕ 56sin ϕcos 5 ϕ + 56sin 5 ϕcos ϕ 8sin 7 ϕcos ϕ. ) Végezze el a következő gyökvonásokat:

a) d) 8 b) c) + ı e) + ı f) 5ı cos π + ı sin π g) j) ı ( + ı) h) i) 8 k) 6 8e ı π l) 5 ıe ı π ) Oldja meg a következő egyenleteket: a) x 5 = 0 b) x 6 + 6 = 0 c) 5z = 8ı d) 9z = 0 e) (6 z)6 + = 0 f) z 8ı = 0 ) Oldja meg a következő egyenletrendszereket: } z + z = + ı ( + ı)z ( ı)z = 0 a) b) z + ız = ı ( + ı)z ( ı)z = 0 } ) Végezzük el a műveleteket: a) ( + ı) b) ( ı) 6 c) ( ı) 5) Végezzük el a műveleteket: a) ( + ı)( ı) b) +ı ı c) ( + ı) + ( + ı)( ı) d) ( ) 5 ı +ı 6) Számítsuk ki: ( ) 0 + 5ı + 7 + 6ı ( ) 9 + 7ı. 9 ı 7) Igazoljuk, hogy a z 0 = +ı komplex szám megoldása a z z +8z+0 = 0 egyenletnek. 8) Igazoljuk, hogy tetszőleges z, z komplex szám esetén z + z + z z = ( z + z ). Mi a feladat geometria jelentése?

9) Igazoljuk a következő összefüggéseket: sin(a) + sin(a + r) +... + sin(a + nr) = sin ( a + nr ) ( sin n+ ) r) ; sin ( r cos(a) + cos(a + r) +... + cos(a + nr) = cos ( ) ( a + nr sin n+ r) sin ( ) r. 0) Számoljuk ki az ( + ı)z + z + ( ı) = 0 másodfokú egyenlet gyökeit. ) Legyen a síkban A,B,C,D négy pont és jelöljük a,b,c,d-vel az nekik megfelelő komplex számokat. Igazoljuk, hogy az AB és CD szakaszok pontosan akkor merőlegesek egymásra, ha a b c d R. ) Legyen ABC és A B C két háromszög a síkban. Jelöljük kisbetűvel a pontnak megfelelő komplex számot. Igazoljuk, hogy az ABC és A B C háromszögek pontosan akkor hasonlóak, ha b a c a = b a c a. ) Szokás szerint kisbetű jelöli az A,B,C pontoknak megfelelő komplex számokat. Az ABC háromszög pontosan akkor egyenlő oldalú, ha a + b + c = ab + bc + ac.