Математика EN

Тренажёры · Глава 15

Комплексные числа

Сложение, умножение и деление комплексных чисел, модуль, квадратные уравнения с отрицательным дискриминантом, тригонометрическая форма и формула Муавра.

Как решать

Комплексное число $a + bi$ — точка на плоскости, а $i$ — число, для которого $i^2 = -1$. С ним обращаются как с буквой в алгебре, только $i^2$ сразу заменяют на $-1$. Умножение на комплексное число поворачивает и растягивает: модули перемножаются, углы складываются.

По шагам

  1. Сложение и умножение: раскрывайте скобки как обычно и заменяйте $i^2$ на $-1$. Степени $i$ повторяются через четыре: $i^4 = 1$.
  2. Деление: умножьте числитель и знаменатель на число, сопряжённое знаменателю ($a + bi \to a - bi$). В знаменателе получится действительное $a^2 + b^2$.
  3. Квадратное уравнение с $D < 0$: $\sqrt{D} = i\sqrt{|D|}$, корни сопряжены.
  4. Большие степени: перейдите к тригонометрической форме $r(\cos\varphi + i\sin\varphi)$ и возведите по формуле Муавра.
Модуль числа: $r = \sqrt{a^2 + b^2}$. Аргумент — угол от положительной полуоси. Показатель степени: модуль возводится в степень, угол умножается. Пример: $-1 + i = \sqrt{2}\bigl(\cos\frac{3\pi}{4} + i\sin\frac{3\pi}{4}\bigr)$; в седьмой степени $8\sqrt{2}\bigl(\cos\frac{21\pi}{4} + i\sin\frac{21\pi}{4}\bigr) = -8 - 8i$.

Где ошибаются

  • Забывают, что $i^2 = -1$: $(3 - 2i)^2 = 9 - 12i + 4i^2 = 5 - 12i$, а не $13 - 12i$.
  • При делении умножают на сопряжённое только знаменатель — дробь меняется. Умножается и числитель.
  • Берут аргумент без учёта четверти: у $-1 + i$ угол $\frac{3\pi}{4}$, а не $-\frac{\pi}{4}$.
  • Находят один корень уравнения $z^2 = w$. Их два, и они противоположны.

Пример

Главы курса