Возведение комплексных чисел в степень
Начнем со всем любимого квадрата.
Пример 9
Возвести в квадрат комплексное число
Здесь можно пойти двумя путями, первый способ это переписать степень как произведение множителей и перемножить числа по правилу умножения многочленов.
Второй способ состоит в применение известной школьной формулы сокращенного умножения :
Для комплексного числа легко вывести свою формулу сокращенного умножения: . Аналогичную формулу можно вывести для квадрата разности, а также для куба сумма и куба разности. Но эти формулы более актуальны длязадач комплексного анализа, поэтому на данном уроке я воздержусь от подробных выкладок.
Что делать, если комплексное число нужно возвести, скажем, в 5-ую, 10-ую или 100-ую степень? Ясно, что в алгебраической форме проделать такой трюк практически невозможно, действительно, подумайте, как вы будете решать пример вроде ?
И здесь на помощь приходит тригонометрическая форма комплексного числа и, так называемая, формула Муавра: Если комплексное число представлено в тригонометрической форме , то при его возведении в натуральную степень справедлива формула:
Просто до безобразия.
Пример 10
Дано комплексное число , найти .
Что нужно сделать? Сначала нужно представить данной число в тригонометрической форме. Внимательные читатели заметили, что в Примере 8 мы это уже сделали:
Тогда, по формуле Муавра:
Упаси боже, не нужно считать на калькуляторе , а вот угол в большинстве случае следует упростить. Как упростить? Образно говоря, нужно избавиться от лишних оборотов. Один оборот составляет радиан или 360 градусов. Смотрим сколько у нас оборотов в аргументе : оборотов, в данном случае можно убавить один оборот: . Надеюсь всем понятно, что и – это один и тот же угол.
Таким образом, окончательный ответ запишется так:
Любители стандартов везде и во всём могут переписать ответ в виде: (т.е. убавить еще один оборот и получить значение аргумента в стандартном виде).
Хотя – ни в коем случае не ошибка.
Пример 11
Дано комплексное число , найти . Полученный аргумент (угол) упростить, результат представить в алгебраической форме.
Это пример для самостоятельного решения, полное решение и ответ в конце урока.
Отдельная разновидность задачи возведения в степень – это возведение в степень чисто мнимых чисел.
Пример 12
Возвести в степень комплексные числа , ,
Здесь тоже всё просто, главное, помнить знаменитое равенство.
Если мнимая единица возводится в четную степень, то техника решения такова:
Если мнимая единица возводится в нечетную степень, то «отщипываем» одно «и», получая четную степень:
Если есть минус (или любой действительный коэффициент), то его необходимо предварительно отделить:
Пример 13
Возвести в степень комплексные числа ,
Это пример для самостоятельного решения.
- Оглавление
- Вводная часть
- 1.2. Алгебра высказываний. Основные законы математической логики.
- Операция отрицания, или отрицание высказывания
- Операция конъюнкции, или конъюнкция высказываний.
- Операция дизъюнкции, или дизъюнкция высказываний.
- Операция эквивалентности, или эквивалентность высказываний.
- Операция импликации, или импликация высказываний.
- Порядок старшинства операций
- 5. Основные законы математической логики.
- 6. Парадоксы логики (семантические парадоксы), или «правдоподобные» рассуждения, приводящие к противоречивым результатам.
- 7. Основная цель математической логики – обеспечить систему формальных обозначений для рассуждений, встречающихся не только в математике, но и в повседневной жизни.
- 1.3. Числа
- 2. Матрицы. Действия с матрицами
- 2.1. Вычисление определителей
- 2.2. Вычисление обратной матрицы
- 2.3. Решение системы линейных уравнений
- Решение системы линейных уравнений методом подстановки
- Решение системы методом почленного сложения (вычитания) уравнений системы
- Решение системы по правилу Крамера
- Решение системы с помощью обратной матрицы
- Решение системы линейных уравнений методом Гаусса (последовательного исключения неизвестных)
- Несовместные системы. Системы с общим решением. Частные решения
- 3. Комплексные числа
- Понятие комплексного числа
- Алгебраическая форма комплексного числа. Сложение, вычитание, умножение и деление комплексных чисел
- Тригонометрическая и показательная форма комплексного числа
- Возведение комплексных чисел в степень
- Извлечение корней из комплексных чисел
- 4. Математические формулы и графики
- Для того чтобы успешно решать задачи по высшей математике необходимо:
- Математические формулы и таблицы
- Графики и основные свойства элементарных функций
- Как правильно построить координатные оси?
- Графики и основные свойства элементарных функций График линейной функции
- График квадратичной, кубической функции, график многочлена
- Кубическая парабола
- График функции
- График гиперболы
- График показательной функции
- График логарифмической функции
- Графики тригонометрических функций
- Графики обратных тригонометрических функций