Множина комплексних чисел, Детальна інформація

.

С помощью формулы бинома Ньютона получаем

.

В правой части этого равенства заменяют степени мнимой единицы i их значениями и приводят подобные члены. Рассмотрим, как выражаются эти степени. Учитывая формулу i2 = - 1 , получаем i3 = i2 \x2219 i = -1 \x2219 i = - i, i4 = i3 \x2219 i = -i \x2219 i = -i2 = 1, i5 = i4 \x2219 i = i, i6 = i5 \x2219 i = i2 = -1, i7 = i6 \x2219 i = -i, i8 = i7 \x2219i = - i2 = 1 и т. д. В общем виде полученный результат можно записать так:

i4k = 1, i4k+1 = i, i4k+2 = -1, i4k+3 = - i (k = 0, 1, 2, …).

Например: (3 + 4i)2 = 32 + 2 \x2219 3 \x2219 4i + (4i)2 = 9 + 24i + 16i2 = 9 + 24i – 16 = -7 + 24i;

(1 + i)3 = 1 + 3i + 3i2 + i3 = 1 + 3i – 3 – i = - 2 + 2i.

Переходим к извлечению квадратного корни из комплексного числа a + bi. Квадратным корнем из комплексного числа называют такое комплексное число, квадрат которого равен данному комплексному числу. Обозначим это комплексное число через u + vi, т. е.

.

Последнее равенство перепишем в следующем виде:

u2 + 2uvi + v2i2 = a + bi, u2 – v2 + 2uvi = a + bi.

Учитывая определение равенства комплексных чисел (см. (10)), получаем

u2 – v2 = a, 2uv = b. (15)

Возведем в квадрат обе части каждого из этих равенств, сложим их, преобразуем полученную левую часть и извлечем квадратный корень:

.

Это уравнение и первое из уравнений (15) дают возможность определить u2 и v2 :

. (16)

Из первого уравнения находим два значения u, отличающиеся друг от друга только знаком, второе уравнение дает два значения v. Все эти значения будут действительными, поскольку при любых a и b

.

Знаки u и v следует выбирать так, чтобы выполнялось второе из равенств (15). Это дает две возможные комбинации значений u и v, т. е. два числа u1 + v1i, u2 + v2i, отличающиеся знаком.

Следовательно, извлечение квадратного корня из комплексного числа всегда возможно и дает два значения, отличающиеся друг от друга только знаком.

Например: пусть требуется извлечь квадратный корень из комплексного числа 3 — 4i, т. е. найти комплексное число u + vi такое, что (u + vi)2 = 3 – 4i. В данном случае a = 3, b = -4, поэтому уравнения (16) принимают вид

.

Второе из равенств (15) запишется так: 2uv = - 4, uv =-2; это означает, что соответствующие значения u и v имеют разные знаки. Так как u2 = 4, v2 = 1, то с учетом равенства uv = -2 находим, что u1 = 2, v1 = -1, u2 = -2, v2 = 1, т.е. 2 – i и -2 + i – значения квадратного корня из комплексного числа 3 – 4i.

Геометрическое изображение комплексного числа

изображаются точками, симметричными относительно действительной оси, противоположные комплексные числа \x03B1 и –\x03B1 симметричны относительно нулевой точки.

Комплексные числа и соответствующие им точки комплексной плоскости обозначают буквой z и пишут z = x + iy, где x – действительная часть (x = Rez), y – мнимая часть (y = Imz).

Модуль и аргумент комплексного числа

данной точки. Модуль комплексного числа z обозначают через |z|. Следовательно, по определению

0. (17)