4_Komplekse_tall.odt tg. Kap.4 Komplekse tall

Like dokumenter
Komplekse tall: definisjon og regneregler

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 3

Komplekse tall og komplekse funksjoner

Oppgavehefte om komplekse tall

Løsningsforslag til øving 1

Komplekse tall og trigonometri

Komplekse tall. Kapittel 2. Den imaginære enheten. Operasjoner på komplekse tall

Et Komplekst tall på kartesisk(standard), polar(eksponentialform) og trigonometrisk form

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

DAFE BYFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 1 Innleveringsfrist Fredag 22. januar :00 Antall oppgaver: 5.

Notasjon i rettingen:

Komplekse tall Forelesningsnotat til Matematikk 10 ved HiG, høst Hans Petter Hornæs Versjon per

Komplekse tall. Kapittel 15

Løsningsforslag. a) i. b) (1 i) 2. e) 1 i 3 + i LF: a) Tallet er allerede på kartesisk form. På polar form er tallet gitt ved

n-te røtter av komplekse tall

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

UNIVERSITETET I OSLO. Løsningsforslag

Kompleks eksponentialform. Eulers inverse formler. Eulers formel. Polar til kartesisk. Kartesisk til polar. Det komplekse signalet

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

z = a + jb Mål Komplekse tall: Sum og produkt Komplekse tall

At z + w og zw er reelle betyr at deres imaginrdeler er lik null, det vil si at b + d 0 ad + bc 0 Den frste ligningen gir b d. Setter vi dette inn i d

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

Oppgave 1 OPPGAVER OG LØSNINGSFORSLAG KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SMN 6147 OG SMN 6195 KOMPLEKS ANALYSE STED: HØGSKOLEN I NARVIK. KLASSE:4EL,4RTog5ID

LØSNINGSFORSLAG. Skriv følgende komplekse tall både på kartesisk form som a + bi og på polar form som re iθ (r 0 og 0 θ < 2π). a) 2 + 3i.

Løsningsforslag. 7(x + 1/2) 5 = 5/6. 7x = 5/ /2 = 5/6 + 3/2 = 14/6 = 7/3. Løsningen er x = 1/3. b) Finn alle x slik at 6x + 1 x = 5.

Trigonometriske funksjoner (notat til MA0003)

5.5 Komplekse egenverdier

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

1 Trigonometriske Funksjoner Vekt: 1. 2 Trigonometriske Funksjoner Vekt: 1

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

Løsningsforslag. a) Løs den lineære likningen (eksakt!) 11,1x 1,3 = 2 7. LF: Vi gjør om desimaltallene til brøker: x =

Løsningsforslag til underveiseksamen i MAT 1100

Høgskolen i Bergen. Formelsamling. for. ingeniørutdanningen. FOA150 høsten 2006 fellespensum. 3.utgave

Første utkast til et notat for MA1102 våren Kom gjerne med tilbakemeldinger! Målsetningen med dette avsnittet er å motivere Eulers formel

Sammendrag R mai 2009

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Notat om trigonometriske funksjoner

I = (x 2 2x)e kx dx. U dv = UV V du. = x 1 1. k ekx x 1 ) = x k ekx 2x dx. = x2 k ekx 2 k. k ekx 2 k I 2. k ekx 2 k 1

Fremdriftplan. I går. I dag. 1.1 Funksjoner og deres grafer 1.2 Operasjoner av funksjoner

0.1 Kort introduksjon til komplekse tall

Lær å bruke Microsoft Mathematics, Matematikk-tillegget i Word og WordMat. Av Sigbjørn Hals

Eksamen i FO929A Matematikk Underveiseksamen Dato 9. desember 2008 Tidspunkt Antall oppgaver 6. Tillatte hjelpemidler Godkjent kalkulator

EKSAMEN Løsningsforslag

Grublegruppe 19. sept. 2011: Algebra I

STE6146 Signalbehandling =-WUDQVIRUPHQ

Løysingsforslag for TMA4120, Øving 9

MAPLE-LAB La oss utføre en enkel utregning.

4.1 Vektorrom og underrom

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver teller like mye.

4.1 Vektorrom og underrom

Løsningsforslag. 3 x e. g(x) = 1 + x4 x 2

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 34. Oppgaver til seminaret 25/08

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Innlevering i matematikk Obligatorisk innlevering nr. 4 Innleveringsfrist: 21. januar 2010 kl Antall oppgaver: 4.

Heldagsprøve i matematikk. Svar og løsningsforslag

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

Løsningsforslag til underveiseksamen i MAT 1100, H-06

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 34

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal Analyse våren Maple-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple02 28.

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

Introduksjon. «Diskret» sinus/cosinus i 1D. Funksjonen sin(θ) INF april 2010 Fourier -- En annen vinkling på stoffet i kapittel 4

Løsningsforslag Eksamen M100 Våren 2002

UNIVERSITETET I BERGEN

=,,,,, = det( A) a a a a a a a a a a + a a 0 1. a11 a12 a22 a12 a11 a22 a12 a21 a11a12 + a12 a11

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

TMA4105 Matematikk 2 vår 2013

Fourier-Transformasjoner

Dagens mål. Det matematiske fundamentet til den diskrete Fourier-transformen Supplement til forelesning 8 INF Digital bildebehandling

UNIVERSITETET I OSLO

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Første samling Runar Ile

Løsning, funksjoner av flere variable.

EKSAMEN I EMNET Løsning: Mat Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 2015 Tid: 09:00 14:00

Funksjoner (kapittel 1)

Løsning, Oppsummering av kapittel 10.

UNIVERSITETET I OSLO

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal analyse våren Maple/Matlab-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag

TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Felt i naturen, skalar- og vektorfelt, skalering

Tall SKOLEPROSJEKT MAT VÅR 2014 AUTHORS: ASTRI STRAND LINDBÆCK CAMILLA HELVIG PIA LINDSTRØM. Date: March 31,

Felt i naturen, skalar- og vektorfelt, skalering

Differenslikninger. Inger Christin Borge. Matematisk institutt, UiO. Kompendium 2 i MAT1001 Matematikk 1. Høsten 2008

Komplekse tall og Eulers formel

Innlevering FO929A - Matematikk forkurs HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Torsdag 25. oktober 2012 kl. 14:30 Antall oppgaver: 16

4.1 Vektorrom og underrom

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Fjerde samling Runar Ile

Hans Petter Hornæs,

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

β = r 2 cosθsinθ. β = β β i+ j = yi+xj. (8.1) = 2rcosθsinθi r +r( sinθsinθ+cosθcosθ)i θ

Løsningsforslag for Eksamen i MAT 100, H-03

Den deriverte og derivasjonsregler

Sammendrag kapittel 9 - Geometri

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

2 = 4 x = x = 3000 x 5 = = 3125 x = = 5

Løsningsforslag AA6524/AA6526 Matematikk 3MX Elever/Privatister - 7. desember eksamensoppgaver.org

Diagonalisering. Kapittel 10

5.8 Iterative estimater på egenverdier

De hele tall har addisjon, multiplikasjon, subtraksjon og lineær ordning, men ikke divisjon.

Transkript:

4_Komplekse_tall.odt 04.09.015 tg Kap.4 Komplekse tall e i π +1=0 Innledning... Egenskaper...4 Geometrisk form...5 Regneregler...6 Lengde og argument...8 Polar form...9 Eksponentform - Eulers formel...1 Potenser, n-te rot...14 Sirkeldelingslikningen...15 Sirkeldelingslikningen med CASIO...17 Kalkulator...18 MATLAB numerisk...19 MATLAB symbolsk...0 Grafer på polar form...1

4_Komplekse_tall Innledning La oss prøve å utvide tallbegrepet slik at alle likninger av typen A z + B z+ C =0 kan løses. Eksempel 1 Løs likningen z z+ 5=0. ABC-formel? z 1, = ± ( ) 4 1 5 1 = ± 16 = ± 1 16 =1± 1 Vi kommer ikke videre med dette, løsningen er ikke blant reelle tall. Noen valg av konstantene A, B og C vil vi gi løsninger som inneholder 1. Den imaginære enheten defineres slik, i= 1 - og dermed har vi løsningen, z 1, =1± i og polynomet i likninga kan for eksempel faktoriseres til z z+5=(z z 1 )(z z )=( z 1 i)(z 1+ i)!! Matematikere og fysikere bruker i som imaginær enhet, ingeniører bruker j.

3 4_Komplekse_tall Kalkulator Løser likningen z z+5=0 Velger F, Polynomial Velger 'grad og taster koeffisienter Velger SOLVe og finner røtter

4 4_Komplekse_tall Egenskaper Et komplekst tall z er generelt gitt som z= x+ y 1 eller kortere, z= x+ y i der x og y er reelle tall, i= 1 er imaginær enhet, y i er et imaginært tall, x+ yi er et komplekst tall dannet av summen av det reelle tallet x og det imaginære tallet y i. Den reelle delen av z er Re( z)=x og den imaginære delen av z er Im (z)= y. Hvis Re( z)=0, så er z et rent imaginært tall hvis Im (z)=0, så er z et rent reelt tall. Tallmengden R av reelle tall blir dermed en delmengde av komplekse tall, C. Eksempel z=3 4 i Re( z)=3, Im (z)= 4 w=i Re(w)=0, Im ( z)=1

5 4_Komplekse_tall Geometrisk form En vanlig tolking av komplekse tall er som punkter eller vektorer i det komplekse planet, med avbildning i forhold til reell og imaginær akse. Dette kalles et Argand diagram. z 1 =3+ i z = +i z 3 = i A(3,) B(,1) C (0, 1) MATLAB: >> z = 3 - i*4; w = i; q = 5; >> real(z) ans = 3 >> real(w) ans = 0 >> imag(w) ans = >> imag(q) ans = 0 >> compass([z w q])

6 4_Komplekse_tall Regneregler z 1 = x 1 + y 1 i z =x + y i Likhet z 1 =z hvis x 1 =x og y 1 = y Sum, differens z 1 + z =(x 1 + x )+( y 1 + y )i z 1 z =(x 1 x )+( y 1 y )i Produkt Kompleks konjugert Divisjon z 1 z =(x 1 + y 1 i)(x + y i) = x 1 x + x 1 y i+ y 1 i x + y 1 i y i =(x 1 x y 1 y )+( x 1 y +x y 1 )i z * =Re(z) Im( z) i=a bi z 1 = x 1+ y 1 i z x + y i = z 1 z * z z = x 1 x + y 1 y + x y 1 x 1 y * x + y x + y i z+z * =(x+ y i)+(x yi)= x= Re(z) z z * =( x+ yi) (x yi)= y i=im( z) i z z * =( x+ y i)(x yi)= x + y =r (z 1 z ) * = z 1 * z *

7 4_Komplekse_tall Eksempel 3 Løs likningen Lager reelle nevnere, z 1+i z i = 5 +i z 1+i 1 i 1 i z i i i = 5 +i i i z(1 i) z i 10 5i = 1 5 Ordner, z z i+ zi= i => z(1+i)= i z= i 1+i =( i)(1 i) = 1 3 i Eksempel 4 Løs likningen ABC-formel, z +( i)z+7 i=0 z= ( j)± ( i) 4 1 (7 i) +i± 4 i 4 1 8+i 4 = 1 = +i± 5 = +i±5i z 1 = 1+3i z = 1 i

8 4_Komplekse_tall Lengde og argument z=x+ y i x=re( z)= realdel y=im( z)= imaginærdel z =r= x + y = modul = lengde = absoluttverdi arg z=θ =tan 1 y x, (z 0) = argument = vinkel CASIO Taster inn 3+j Finner vinkel Finner reell del Finner absoluttverdi og finner r = 3+j og kompl.konjugert og imaginær del og vinkel i en operasjon!! CASIO gir vinkler i området (-π,π) for de inverse trigonometriske funksjonene i stedet for (0,π) som i læreboka. Eks. Arg(1-i) = -π/4 der vi legger til π og får 7π/4.

9 4_Komplekse_tall Polar form Polar form av komplekst tall: z=r(cosθ +isinθ ) På kortform: z=r θ Sammenhengen mellom (x, y) og (r,θ ) er gitt av trigonometriske funksjoner x=r cosθ og y=r sinθ slik at z= x+ y i=r cosθ +r sinθ i=r(cosθ +i sinθ ) Multiplikasjon på polar form, z 1 =r 1 (cosθ 1 +i sinθ 1 ) z =r (cosθ +isinθ ) z 1 z =r 1 r (cosθ 1 +i sinθ 1 ) (cosθ +i sinθ ) =div. trigonometrisk forenkling =r 1 r [cos(θ 1 +θ )+i sin (θ 1 +θ )] = r 1 r (θ 1 +θ ) >> vinkel=0.973; lengde=5.000; z=lengde*(cos(vinkel)+j*sin(vinkel)) z = 3.000 + 4.000i

10 4_Komplekse_tall Divisjon på polar form, z 1 =r 1 θ 1, z =r θ z 1 = r (cosθ +i sinθ ) 1 1 1 z r (cosθ +i sinθ ) =div. trigonometrisk forenkling = r 1 r [cos(θ 1 θ )+i sin(θ 1 θ )] = r 1 r (θ 1 θ ) Eksempel 5 (3 4i) 6 e 1.34 i 10 e 0.789 i = 5e 0.97 i 6e 1.34i 10 e 0.789i = 5 6 10 e( 0.97+ 1.34 0.789)i =3 e 0.48 i >> z1=(3-4j); z=6*exp(1.34j); z3=10*exp(0.789j); >> svar = z1*z/z3 svar =.6578-1.3914i

11 4_Komplekse_tall Multiplikasjon med imaginær enhet i 0 =1, i 1 =i, i =i i= 1, i 3 = 1 i= i, i 4 = i i=1,... i n+4k =i n n, k Z z 1 =r 1 (cosθ 1 +i sinθ 1 ) z =z 1 i=r 1 (cosθ 1 + j sinθ 1 )i =1(cos π +i sin π ) r 1 (cosθ 1 +i sinθ 1 ) =div. forenkling =r 1 [cos(θ + π )+i sin (θ + π )] =r 1 (θ + π ) z 1 =3+i z =z 1 i=(3+i)i= +3i

1 4_Komplekse_tall Eksponentform - Eulers formel Fra teorien om rekkeutvikling av matematiske funksjoner kom Euler fram til formelen e i θ =cosθ +i sinθ e i θ =cosθ i sinθ - og vi får en ny måte å representere komplekse tall, z=r(cosθ +isinθ )=r e iθ =r θ MATLAB >> z1 = 4 + 3i; >> lengde = abs(z1) lengde = 5 >> vinkel = angle(z1) vinkel = 0.64350 >> z = lengde*exp(i*vinkel) % exp() = e^ z = 4 + 3i e i 0 =1 e i π =i e i π = 1 e i 3 π = i e i α =1

13 4_Komplekse_tall Oppsummering, vi har flere måter å skrive et komplekst tall, - kartesisk form: z=3 4i - polar form: z=5(cos( 0.973)+i sin( 0.973)) i 0.973 - eksponentform: z=5e - kortform: z=5 0.973 Vi finner lengden av tallet z= x+ y i som rota av kvadratsummen av x og y, r= z = x + y Vinkelen med x-aksen finnes ved å fastslå hvilken kvadrant tallet ligger i og beregne θ =tan 1 y x alternativt, som kombinasjonen av θ =cos 1 ( x r ) og θ =sin 1 ( y r ).

14 4_Komplekse_tall Potenser, n-te rot Med regler for potensregning får vi at z n =(r e iθ ) n =r n e i n θ eller også som de Moivres teorem: z n =r n (cos nθ +i sin nθ ) For å finne n-te rot w=r e i ϕ av et komplekst tall z=r e iθ må vi ha at w n =z, z=r e iθ =w n =R n e i n ϕ -og en sammenlikning av modul og argument gir at 1 w= z=z n n =r 1 n e + π k i (θ ) n Dette betyr at det er n stk. n-te røtter til et tall, eks. 4= og 4 16= og 1 =r n (cos( θ +π k )+i sin( θ + π k )), k=0,±1,±,...,±n 1 n n 4= fordi =( ) =4 4 16= og 4 4 16=i og 16= i fordi 4 =( ) 4 =(i) 4 =( i) 4 =16

15 4_Komplekse_tall Sirkeldelingslikningen Setter vi de n røttene i likningen z n =w inn i et vektordiagram vil vi se at de plasserer seg som n vektorer med vinkel π n til neste vektor. Multipliserer vi hver enkelt av de n vektorene med seg selv n ganger, blir resultatet samme vektor z. Eksempel 6 Løs likningen z 3 8=0 - skriv svarene på geometrisk form (kartesisk form). Ordner z 3 =8=8e i (0+ π k ), k =0,±1,±,...,±n 1 1 Generelt z=(8 e i(0+ π k) ) 3 =8 k=0: z 0 = e 1 3 e 0+ π 0 i( ) 3 =+0 i +π k i (0 ) 3, k =0,±1,±,...,±n 1 k=1: k=: z 1 = e z = e 0+ π 1 i ( 3 ) = e i π 3 =(cos π 3 0+π i( ) i 4π 3 =e 3 =(cos 4π 3 + j sin π 3 )= 1+ 3 i +i sin 4 π 3 )= 1 3 i

16 4_Komplekse_tall De 3 røttene til z 3 8=0 fra forrige eksempel er her tegnet med MATLAB, >> z0=; z1=-1+sqrt(3)*i; z=-1-sqrt(3)*i; >> compass(8), hold on, compass([z0 z1 z]) La oss teste at CASIO tester: z = 1 3 i z = 1 3 i er en av røttene, z =( 1 3 i) = Andre kv.setning =( 1) ( 1) ( 3 i)+( 3 i) = + 3i z 3 =( + 3 i)( 1 3 i)=+ 3 i 3 i+6=8

17 4_Komplekse_tall Sirkeldelingslikningen med CASIO Vi tar utgangspunkt i at det er n stk. røtter i likningen z n =w i intervallet 0 z< π, og at vinkelen mellom hver av røttene er π /n. CASIO i komplekst humør kan finne den ene roten og så finner vi de øvrige ved å 'dreie' roten videre med vinkler π/n til vi har n røtter. Eksempel 7 Vi skal løse likningen z 5 =3i Legger w=3 i inn i minne W Finner den ene av 5'terøttene, legger den i minne Z Vinkelen mellom de 5 røttene legges i minne V Den andre rota blir Z dreiet vinkelv, og legges i minne B Tredje, fjerde og femte rot legges i minner C, D og E, og så tester vi om E 5 = 3 i

18 4_Komplekse_tall Kalkulator Kalkulatoren settes til å bruke komplekse tall i kartesisk modus. Vinkelmål i radianer. Shift>SETUP Angle: Rad Complex Mode: a + bi Komplekse tall i beregninger kan tastes inn i kartesisk, lengde/vinkel notasjon eller polar modus, men svarene vises i den oppsatte modus. Kalkulatorens minne kan brukes til å lagre tall som inngår i beregninger, eks. løs likningen z +(1 j) z+4 j 7=0

19 4_Komplekse_tall MATLAB numerisk >> a = 3 + 4*j % a på komponentform a = 3 + 4j >> b = 7*exp(j*pi/6) % b på eksponentform b = 6.06 + 3.5000i >> sum = a + b; % sum vises ikke pga. ; >> abs(sum) % absoluttverdi, lengde, modul ans = 11.763 >> angle(sum) % vinkel i radianer ans = 0.69135 >> real(sum), imag(sum) % realdelen og img.del til sum ans = 9.06 ans = 7.5000 >> a*conj(a) % a multipliseres med a* ans = 5

0 4_Komplekse_tall MATLAB symbolsk >> q=sym(-1-sqrt(3)*i); % q= 1 3i >> abs(q) % som symbolsk objekt ans = >> angle(q) % finner vinkelargument ans = -(*pi)/3 >> syms z % symbolsk variabel z >> solve(*z/(1+i)-*z/i-5/(+i), z) % Løser z 1+i z 5 i +i =0 ans = 1/ (3*i)/ >> svar = solve(z^3 + 8) svar = - 1 + 3^(1/)*i 1 3^(1/)*i >> abs(svar(3)), ans = >> compass(eval(svar))

1 4_Komplekse_tall Grafer på polar form Noen funksjoner er gitt indirekte med en funksjonslikning, der x- og y-verdier henger sammen i et uttrykk, for eksempel x + y =4. Det er ikke lett å se hvordan denne grafen blir uten litt trening (hvis vi ikke gjenkjenner dette som et kjeglesnitt). Siden vi opererer i planet, kan komplekse tall være et hjelpemiddel. Vi danner et komplekst tall, z= x+ yi=r e θi slik at r= x + y = 4= og lar θ være ubestemt, det vil si alle mulige vinkler. Dermed har vi tolket grafen til funksjonslikningen x + y =4 som posisjonen til et komplekst tall med lengde = og alle mulige vinkler, altså en sirkel rundt origo med radius. CASIO: CASIO kan plotte grafer på kompleks form. Grafen til x = er en sirkel med radius, (Obs, ulik målestokk for x og y. Her plottes den komplekse funksjonen r= cosθ, en sirkel med sentrum i 1,0 og radius=1.

4_Komplekse_tall Eksempel 8 Skisser grafen til r=cosθ. Punkter på grafen pekes ut av det komplekse tallet z= x+ yi=r e θi med absoluttverdi z =r=cosθ= x + y (1) Vinkelargumentet til z er θ slik at cosθ= x r = x x + y () Kombinerer vi(1) og () får vi følgende funksjonslikning, som omformes til x + y x = x + y x + y x=0 og vi danner kvadratsetning, x x+1+ y =1 => (x 1) + y =1 det vil si kjeglesnittet sirkel med sentrum i (0,1) og radius 1.