Представьте в тригонометрической форме число z 3

Рассмотрим комплексное число, заданной в обычной (алгебраической) форме:

z=a+ib.

(1)

Задача заключается в представлении комплексного числа (1) в тригонометрической форме. Для этого на комплексной плоскости введем полярные координаты. Примем за полюс начало координат, а за полярную ось вещественную ось R.

Как известно, полярными координатами точки z являются длина r ее радиус-вектора, равной расстоянию от точки z до полюса, и величина ее полярного угла, т.е. угла, образованного между полярной осью и вектором-радиусом точки z. Отметим, что направление отсчета угла берется от полярной оси до вектора-радиуса против часовой стрелки (Рис.1, Рис.2).

На Рис.3 изображено комплексное число z. Координаты этого числа в декартовой системе координат (a, b). Из определения функций sin и cos любого угла, следует:

.

.

(2)

Подставляя (2) в (1), получим:

.

(3)

Эта форма записи называется тригонометрической формой записи комплексного числа.

Уравнения (2) возведем в квадрат и сложим:

.

(4)

r−длина радиус-вектора комплексного числа z называется модулем комплексного числа и обозначается |z|. Очевидно |z|≥0, причем |z|=0 тогда и только тогда, когда z=0.

Величина полярного угла точки, соответвующей комплексному числу z, т.е. угла φ, называется аргументом этого числа и обозначается arg z. Заметим, что arg z имеет смысл лишь при z≠0. Аргумент комплексного числа 0 не имеет смысла.

Аргумент комплексного числа определен неоднозначно. Если φ аргумент комплексного числа, то φ+2πk, k=0,1. также является аргументом комплексного числа, т.к. cos(φ+2πk)=cosφ, sin(φ+2πk)=sinφ.

Приведение комплексного числа из алгебраической формы в тригонометрическую

Пусть комплексное число представлено в алгебраической форме: z=a+bi. Представим это число в тригонометрической форме. Вычисляем модуль комплексного числа: . Вычисляем аргумент φ комплексного числа из выражений или . Полученные значения вставляем в уравнение (3).

Пример 1. Представить комплексное число z=1 в тригонометрической форме.

Решение. Комплексное число z=1 можно представить так: z=1+0i. Вычислим модуль этого числа: . Вычислим аргумент этого числа: cosφ=1/1. Откуда имеем φ=0. Подставляя значения модуля и аргумента в (3), получим: z=1(cos0+isin0).

Пример 2. Представить комплексное число z=i в тригонометрической форме.

Решение. Комплексное число z=i можно представить так: z=0+1i. Вычислим модуль этого числа: . Вычислим аргумент этого числа: cosφ=0/1. Откуда имеем φ=π/2. Подставляя значения модуля и аргумента в (3), получим: .

Ответ. .

Пример 3. Представить комплексное число z=4+3i в тригонометрической форме.

Решение. Вычислим модуль этого числа: . Вычислим аргумент этого числа: cosφ=4/5. Откуда имеем φ=arccos(4/5). Подставляя значения модуля и аргумента в (3), получим: .

Ответ. , где φ=arccos(4/5).

Умножение комплексных чисел в тригонометрической форме записи

z1·z2=[r1(cosφ1+i sinφ1)][r2(cosφ2+i sinφ2]=r1r2[cos(φ1+φ2)+isin(φ1+φ2)]

z1z2=r1r2[cos(φ1+φ2)+isin(φ1+φ2)]

(5)

В результате умножения комплексных чисел в тригонометрической форме мы получили комплексное число в тригонометрической форме, следовательно |z₁z₂|=r₁r₂, или

|z1z2|=|z1||z2|,

(6)

т.е. модуль произведения комплексных чисел равен произведению модулей сомножителей .

arg(z1z2)=arg(z1)+arg(z2),

(7)

т.е. аргумент произведения комплексных чисел равен сумме аргументов сомножителей .

Пример 4. Умножить комплексные числа и .

Решение. Воспользуемся формулой (5):

Ответ. .

Деление комплексных чисел в тригонометрической форме записи

(8)

Отсюда следует, что или

(9)

Далее , или

(10)

Следовательно, модуль частного двух комплексных чисел равен модулю делимого, деленному на модуль делителя, а аргумент частного двух комплексных чисел получается вычитанием аргумента делителя от аргумента делимого .

Пример 5. Делить комплексные числа и .

Решение. Воспользуемся формулой (8):

Ответ. .

Nav view search

Navigation

Search

• Вы здесь:
• Home
• Комплексные числа
• Тригонометрическая и показательная формы комплексного числа.

Литература: Сборник задач по математике. Часть 1. Под ред А. В. Ефимова, Б. П. Демидовича.

Тригонометрическая форма комплексного числа:

Для всякого комплексного числа $z=x+iy$ справедливо равенство $$z=|z|(cosvarphi+isinvarphi).qquadqquadqquad (1)$$ Здесь $|z|=sqrt,$ a $varphi$ удовлетворяет условиям: $$cosvarphi=frac<sqrt>,qquad sinvarphi=frac<sqrt>,qquad varphiin[0, 2pi).$$

Равенство (1) называют тригонометрической формой комплексного числа $z.$

Примеры:

Следующие комплексные числа представить в тригонометрической форме и изобразить точками на комплексной плоскости:

1.435. $-i$

Решение.

Пусть $z=x+iy=-i,$ то есть $x=0,,, y=-1.$ Тогда $$|z|=sqrt=sqrt 1=1.$$

$$cosvarphi=frac<0><1>=0,qquad sinvarphi=frac<-1><1>=-1Rightarrow varphi=frac<3pi><2>.$$

Ответ : $cosfrac<3pi><2>+isinfrac<3pi><2>.$

1.438. $frac<1-i><1+i>.$

Решение.

Запишем число $z=frac<1-i><1+i>$ в алгебраической форме:

Тригонометрическая форма числа $-i$ найдена в предыдущемпримере (1.435):

Ответ : $cosfrac<3pi><2>+isinfrac<3pi><2>.$

1.441. $1+cosfrac<pi><7>+isinfrac<pi><7>.$

Решение.

Таким образом, $varphi=frac<pi><14>.$

Отсюда находим показательную форму комплексного числа $z=x+iy=1+cosfrac<pi><7>+isin<pi><7>:$

Ответ: $2cosfrac<pi><14>left(cosfrac<pi><14>+isinfrac<pi><14>
ight).$

Показательная форма комплексного числа:

Символом $e^$ обозначается комплексное число $cosvarphi+isinvarphi.$ С помощью этого обозначения всякое комплексное число $z=|z|(cosvarphi+isinvarphi)$ может быть представлено в показательной форме $$z=|z|e^.$$

Примеры.

Представить в показательной форме следующие комплексные числа:

1.475. $frac<7+24i><5>.$

Решение.

Приведем число $z=frac<7+24i><5>$ к алгебраическому виду:

$$tgvarphi=frac=frac<frac<24><5>><frac<7><5>>=frac<24><7>.$$ Поскольку число $z$ принадлежит первой четверти, то $varphi=arctgfrac<24><7>.$

1.479. $sinalpha-icosalpha.$

Решение.

Кроме этого должны выполняться ус ловия

1.482 (а). Данные числа $z_1$ и $z_2$ представить в показательной форме и выполнить указанные действия над ними:

$z_1z_2;$ $frac,$ если $z_1=2sqrt 3-2i,$ $z_2=3-3sqrt 3i.$

Решение.

Запишем числа $z_1$ и $z_2$ в показательной форме:

Поскольку число $z_1$ принадлежит четвертой четверти, то $varphi_1=arctg<-frac<1><sqrt 3>>=-frac<pi><6>.$

Поскольку число $z_2$ принадлежит четвертой четверти, то $varphi_2=arctg<sqrt 3>=-frac<pi><3>.$

Далее находим $z_1z_2$ и $frac:$

Ответ: $-24, frac<8><3>.$

Домашнее зад ание.

Следующие комплексные числа представить в тригонометрической форме и изобразить точками на комплексной плоскости:

1.436. $1-isqrt 3.$

Ответ: $2left(cosfrac<5pi><3>+isinfrac<5pi><3>
ight).$

Ответ: $cosfrac<2pi><3>+isinfrac<2pi><3>.$

1.440. $sinfrac<pi><3>+icosfrac<pi><3>.$

Ответ: $cosfrac<pi><6>+isinfrac<pi><6>.$

Представить в показательной форме следующие комплексные числа:

1.476. $5-12i.$

1.477. $-3-4i.$

1.479.$sinalpha-icosalpha.$

1.480. $sinalpha+i(1-cosalpha).$

1.482 (б). Данные числа $z_1$ и $z_2$ представить в показательной форме и выполнить указанные действия над ними:

$z^2_1overline z_2;$ $frac<overline z_2>,$ если $z_1=-sqrt 3+isqrt 2,$ $z_2=sqrt 8-sqrt 8.$

Калькулятор комплексных чисел позволяет вычислять арифметические выражения, содержащие комплексные числа, знаки арифметических действий (+, -, *, /, ^), а также некоторые математические функции.

Калькулятор комплексных чисел

Вычислено выражений: 5952

Как пользоваться калькулятором

1. Введите в поле ввода выражение с комплексными числами
2. Укажите, требуется ли вывод решения переключателем "С решением"
3. Нажмите на кнопку "Построить"

Ввод комплексных чисел

комплексные числа можно вводить в следующих трёх форматах:

• Только действительная часть: 2, 2.5, -6.7, 12.25
• Только мнимая часть: i, -i, 2i, -5i, 2.16i, -12.5i
• Действительная и мнимая части: 2+i, -5+15i, -7+2.5i, -6+i
• Математические константы: π, e

Поддерживаемые операции и математические функции

• Арифметические операции: +, -, *, /, ^
• Получение абсолютного значения числа: abs
• Базовые математические функции: exp, ln, sqrt
• Получение действительной и мнимой частей: re, im
• Тригонометрические функции: sin, cos, tg, ctg
• Гиперболические функции: sh, ch, th, cth
• Обратные тригонометрические функции: arcsin, arccos, arctg, arcctg
• Обратные гиперболические функции: arsh, arch, arth, arcth

Примеры корректных выражений

• (2+3i)*(5-7i)
• sh(i)
• (4+i) / (3 — 4i)
• sqrt(2i)
• (-3+4i)*2i / exp(2i + (15 — 8i)/4 — 3.75)

Комплексные числа

Комплексные числа — это числа вида x+iy , где x , y — вещественные числа, а i — мнимая единица (специальное число, квадрат которого равен -1, то есть i 2 = -1 ).
Так же, как и для вещественных чисел, для комплексных чисел определены операции сложения, разности, умножения и деления, однако комплексные числа нельзя сравнивать.

Примеры комплексных чисел

• 4+3i — действительная часть = 4, мнимая = 3
• -2+i — действительная часть = -2, мнимая = 1
• i — действительная часть = 0, мнимая = 1
• -i — действительная часть = 0, мнимая = -1
• 10 — действительная часть = 10, мнимая = 0

Основные действия с комплексными числами

Основными операциями, определёнными для комплексных чисел, являются сложение, разность, произведение и деление комплексных чисел. Операции для двух произвольных комплексных чисел (a + bi) и (c + di) определяются следующим образом:

• сложение: (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i
• вычитание: (a + bi) — (c + di) = (a — c) + (b — d)i
• умножение: (a + bi) · (c + di) = ac + bci + adi + bdi 2 = (ac — bd) + (bc + ad)i
• деление:

Примеры

Найти сумму чисел 5+7i и 5.5-2i :
Найдём отдельно суммы действительных частей и сумму мнимых частей: re = 5 + 5.5 = 10.5, im = 7 — 2 = 5.
Запишем их рядом, добавив к мнимой части i: 10.5 + 5i
Полученное число и будет ответом: 5+7i + 5.5-2i = 10.5 + 5i

Найти разность чисел 12-i и -2i :
Найдём отдельно разности действительных частей и разности мнимых частей: re = 12 — 0 = 12, im = -1 — (-2) = 1.
Запишем их рядом, добавив к мнимой части i: 12 + 1i
Полученное число и будет ответом: 12-i — (-2i) = 12 + i

Найти произведение чисел 2+3i и 5-7i :
Найдём по формуле действительную и мнимую части: re = 2·5 — 3·(-7) = 31, im = 3·5 + 2·(-7) = 1.
Запишем их рядом, добавив к мнимой части i: 31 + 1i
Полученное число и будет ответом: 2+3i * (5-7i) = 31 + i

Найти отношение чисел 75-50i и 3+4i :
Найдём по формуле действительную и мнимую части: re = (75·3 — 50·4) / 25 = 1, im = (-50·3 — 75·4) / 25 = -18.
Запишем их рядом, добавив к мнимой части i: 1 — 18i
Полученное число и будет ответом: 75-50i / (3+4i) = 1 — 18i

Другие действия над комплексными числами

Помимо базовых операций сложения, вычитания, умножения и деления комплексных чисел существуют также различные математические функции. Рассмотрим некоторые из них:

• Получение действительной части числа: Re(z) = a
• Получение мнимой части числа: Im(z) = b
• Модуль числа: |z| = √(a 2 + b 2 )
• Аргумент числа: arg z = arctg(b / a)
• Экспонента: e z = e a ·cos(b) + i·e a ·sin(b)
• Логарифм: Ln(z) = ln |z| + i·arg(z)
• Тригонометрические функции: sin z, cos z, tg z, ctg z
• Гиперболические функции: sh z, ch z, th z, cth z
• Обратные тригонометрические функции: arcsin z, arccos z, arctg z, arcctg z
• Обратные гиперболические функции: arsh z, arch z, arth z, arcth z

Примеры

Найти действительную и мнимую части числа z, а также его модуль, если z = 4 — 3i
Re(z) = Re(4 — 3i) = 4
Im(z) = Im(4 — 3i) = -3
|z| = √(4 2 + (-3) 2 ) = √25 = 5

Формы представления комплексных чисел

Комплексные числа принято представлять в одной из трёх следующих форм: алгебраической, тригонометрической и показательной.

• Алгебраическая форма — наиболее часто используемая форма комплексного числа, запись числа в виде суммы действительной и мнимой частей: x+iy , где x — действительная часть, а y — мнимая часть
• Тригонометричкая форма — запись вида r·(cos φ + isin φ) , где r — модуль комплексного числа (r = |z|), а φ — аргумент этого числа (φ = arg(z))
• Показательная форма — запись вида r·e iφ , где r — модуль комплексного числа (r = |z|), e — число Эйлера, а φ — аргумент комплексного числа (φ = arg(z))

Пример:

Переведите число 1+i в тригонометрическую и показательную формы:

• Найдём радиус (модуль) комплексного числа r: r = √(1 2 + 1 2 ) = √2
• Найдём аргумент числа: φ = arctan(