Övningshäfte 2: Komplexa tal

Relevanta dokument
Explorativ övning 7 KOMPLEXA TAL

Övningshäfte 2: Komplexa tal (och negativa tal)

Komplexa tal: Begrepp och definitioner

MA2047 Algebra och diskret matematik

Introduktion till Komplexa tal

forts. Kapitel A: Komplexa tal

Matematik 4 Kap 4 Komplexa tal

1.1 Den komplexa exponentialfunktionen

Komplexa tal. z 2 = a

Rekursionsformler. Komplexa tal (repetition) Uppsala Universitet Matematiska institutionen Isac Hedén isac

Complex numbers. William Sandqvist

TATM79: Föreläsning 7 Komplexa exponentialfunktionen och binomiska ekvationer

29 Det enda heltalet n som satisfierar båda dessa villkor är n = 55. För detta värde på n får vi x = 5, y = 5.

den reella delen på den horisontella axeln, se Figur (1). 1

Komplexa tal. i 2 = 1, i 3 = i, i 4 = i 2 = 1, i 5 = i,...

1. Ange samtliga uppsättningar av heltal x, y, z som uppfyller båda ekvationerna. x + 2y + 24z = 13 och x 11y + 17z = 8.

Referens :: Komplexa tal

Komplexa tal. Sid 1: Visa att ekvationerna på sid 1 saknar reella lösningar genom att plotta funktionerna.

Referens :: Komplexa tal version

x2 6x x2 6x + 14 x (x2 2x + 4)

TATM79: Föreläsning 3 Komplexa tal

Kompletteringskompendium

Analys o Linjär algebra. Lektion 7.. p.1/65

Matematik för sjöingenjörsprogrammet

Lösningsförslag TATM

Uppföljning av diagnostiskt prov Repetition av kursmoment i TNA001-Matematisk grundkurs.

Föreläsning 9: Komplexa tal, del 2

Övningshäfte 3: Polynom och polynomekvationer

Föreläsning 1. Kursinformation All viktig information om kursen ska kunna läsas på kursens hemsida

4x 1 = 2(x 1). i ( ) får vi 5 3 = 5 1, vilket inte stämmer alls, så x = 1 2 är en falsk rot. Svar. x = = x x + y2 1 4 y

Referens :: Komplexa tal version

1 Tal, mängder och funktioner

6.1 Heltal och delbarhet Primtal Största Gemensamma Delaren och Minsta Gemensamma Multipeln... 38

Lösningar till övningstentan. Del A. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Övningstenta BASKURS DISTANS

Radien r och vinkeln θ för komplexa tal i polär form och potensform: KOMPLEXA TAL. ) (polär form) (potensform)

Analys 2 M0024M, Lp

Dugga 2 i Matematisk grundkurs

Allmänna Tredjegradsekvationen - version 1.4.0

BASPROBLEM I ENDIMENSIONELL ANALYS 1 Jan Gustavsson

Elteknik. Komplexa tal

e x x + lnx 5x 3 4e x (0.4) x 0 e 2x 1 a) lim (0.3) b) lim ( 1 ) k. (0.3) c) lim 2. a) Lös ekvationen e x = 0.

Läsanvisningar till kapitel Komplexa tals algebraiska struktur

Repetitionsuppgifter inför Matematik 1. Matematiska institutionen Linköpings universitet 2013

Planering för Matematik kurs E

Tentamensuppgifter, Matematik 1 α

Lösningsförslag TATM

Andragradsekvationer. + px + q = 0. = 3x 7 7 3x + 7 = 0. q = 7

6. Matriser Definition av matriser 62 6 MATRISER. En matris är ett rektangulärt schema av tal: a 11 a 12 a 13 a 1n a 21 a 22 a 23 a 2n A =

KAPITEL 5. Komplexa tal. 1. Introduktion.

5 Linjär algebra. 5.1 Addition av matriser 5 LINJÄR ALGEBRA

1. (a) Formulera vad som skall bevisas i basfallet och i induktionssteget i ett induktionsbevis av påståendet att. 4 5 n för alla n = 0, 1, 2, 3,...

Linjen P Q tangerar cirkeln i P och enligt en sats i geometrin är OP vinkelrät. tan u = OP. tan(180 v) = RS. cos v = sin v = tan v, tan v = RS.

Explorativ övning Vektorer

Veckoblad 1, Linjär algebra IT, VT2010

Några saker att tänka på inför dugga 2

POLYNOM OCH POLYNOMEKVATIONER

Repetitionsuppgifter inför Matematik 1-973G10. Matematiska institutionen Linköpings universitet 2014

Vektorgeometri för gymnasister

Läsanvisningar och övningsuppgifter i MAA150, period vt Erik Darpö

2. 1 L ä n g d, o m k r e t s o c h a r e a

Om komplexa tal och funktioner

! &'! # %&'$# ! # '! &!! #

A1:an Repetition. Philip Larsson. 6 april Kapitel 1. Grundläggande begrepp och terminologi

INDUKTION OCH DEDUKTION

Matematik 1B. Taluppfattning, aritmetik och algebra

Övningshäfte 6: 2. Alla formler är inte oberoende av varandra. Försök att härleda ett par av de formler du fann ur några av de övriga.

Övningshäfte 1: Induktion, rekursion och summor

P Q = ( 2, 1, 1), P R = (0, 1, 0) och QR = (2, 2, 1). arean = 1 2 P Q P R

Vektorgeometri. En vektor v kan representeras genom pilar från en fotpunkt A till en spets B.

c d Z = och W = b a d c för några reella tal a, b, c och d. Vi har att a + c (b + d) b + d a + c ac bd ( ad bc)

Euklides algoritm för polynom

Komposanter, koordinater och vektorlängd Ja, den här teorin gick vi igenom igår. Istället koncentrerar vi oss på träning inför KS3 och tentamen.

SF1661 Perspektiv på matematik Tentamen 24 oktober 2013 kl Svar och lösningsförslag. z 11. w 3. Lösning. De Moivres formel ger att

Komplexa tal med Mathematica

= 1 h) y 3 = 4(x 1) i) y = 17 j) x = 5. = 1 en ekvation för linjen genom a) (6, 0) och (0, 5) b) (9, 0) och (0, 5)

Sidor i boken V.L = 8 H.L. 2+6 = 8 V.L. = H.L.

A-del. (Endast svar krävs)

Instuderingsfrågor för Endimensionell analys kurs B1

Repetitionsuppgifter i Matematik inför Basår. Matematiska institutionen Linköpings universitet 2014

TALBEGREPPET AVSNITT 11


TALSYSTEM OCH RESTARITMETIKER. Juliusz Brzezinski

Sommarmatte. del 2. Matematiska Vetenskaper

Konstruktionen av en regelbunden 17-hörning

Föreläsning 13 Linjär Algebra och Geometri I

Introduktion till Komplexa tal

x 2y + z = 1 (1) 2x + y 2z = 3 (2) x + 3y z = 4 (3)

Linjär Algebra, Föreläsning 9

Linjär Algebra, Föreläsning 2

Inociell Lösningsmanual Endimensionell analys. E. Oscar A. Nilsson

Lösningar till udda övningsuppgifter

Övningshäfte 2: Induktion och rekursion

Utvidgad aritmetik. AU

Ekvationer och system av ekvationer

MATEMATIK GU. LLMA60 MATEMATIK FÖR LÄRARE, GYMNASIET Analys, ht Block 5, översikt

Avd. Matematik VT z = 2 (1 + 3i) = 2 + 6i, z + w = (1 + 3i) + (1 + i) = i + i = 2 + 4i.

Matematiska uppgifter

INFÖR TENTAN (Av Göran Rundqvist, Allmänna råd: Gör inte för mycket av dina räkningar i huvudet, skriv ner dem istället!

TATM79: Föreläsning 1 Notation, ekvationer, polynom och summor

Vektorgeometri och funktionslära

Transkript:

LMA100 VT007 ARITMETIK OCH ALGEBRA DEL Övningshäfte : Komplexa tal Övningens syfte är att bekanta sig med komplexa tal. De komplexa talen, som är en utvidgning av de reella talen, kom till på 1400 talet då man försökte lösa kvadratiska ekvationer som t ex x + 1 = 0, x x + = 0 osv. Man kände redan till existensen av en allmän formel för kvadratiska ekvationer: x + px + q = 0 har två reella lösningar (hur får man det?) x 1 = p p 4 q och x = p + p 4 q om bara diskriminanten = p 4q 0 (om = 0 så är uttrycket under rottecknet i lösningarna lika med 0 så att det finns en så kallad dubbelrot x 1 = x = p ). Om man t ex försöker lösa ekvationen x x + = 0 i enlighet med dessa formler så får man x 1 = 1 1, x = 1 + 1. Detta verkar vara meningslöst, men om man betecknar 1 = i, accepterar att i = 1 och sätter in t ex x 1 i ekvationen så får man VL = (1 i) (1 i) + = 1 i + i + i + = 0 = HL, dvs x 1 satisfierar ekvationen. Även x är en lösning. Observera att vi inte bara har accepterat symbolen i och dess egenskap i = 1, utan också de vanliga räknelagarna för de gamla talen i samband med t ex kvadrering. Under 1400-talet och i början av 1500-talet började man lösa kvadratiska ekvationer och även ekvationer av högre grad med dessa nya tal. Tänk dig ett barn som endast känner till de naturliga talen och plötsligt kommer i kontakt med ett problem som leder till ekvationen x = 1 (att dela något i två lika delar). Då dyker ett behov upp av ett nytt tal 1. Det var ungefär samma situation, fast på en mer avancerad nivå, som ledde till komplexa tal. Det tog drygt 300 år innan man kom underfund med en helt tillfredsställande definition av de komplexa talen som från början definierades som: uttryck på formen a + bi, där a, b R och i = 1. Talet a kallas vanligen realdelen och b imaginärdelen av z. I detta avsnitt kommer vi att arbeta med komplexa tal precis som man har arbetat med dessa tal under flera hundra år genom att acceptera definitionen ovan. Observera att två komplexa tal a + bi och c + di betraktas som lika då och endast då a = c och b = d. Man utför addition, subtraktion och multiplikation på precis samma sätt som för vanliga 1

reella tal det enda som tillkommer är villkoret i = 1. Om c + di 0 bildar man kvoten a+bi c di som produkten av a + bi med eftersom (c + di)(c di) = c + d. Syftet med denna c+di c +d övning är att bekanta sig med de grundläggande egenskaperna hos de komplexa talen: de fyra räknesätten, konjugat och absolutbelopp, geometrisk tolkning av komplexa tal, polär framställning, lösning av ekvationer: kvadratiska och binomiska, enhetsrötter. Vi följer Kapitel 6 i Vretblads bok. (Uppgiftssiffrorna inom parentes syftar på en äldre version av boken.) Övning A 1. Lös följande uppgifter i Vretblad/Ekstig (Vretblad)s bok: 6. (6.1), 6.4 (6.), 6.5 (6.6).. Låt z 1 = a 1 + b 1 i och = a + b i beteckna två komplexa tal. Hur definieras summan z 1 +, skillnaden z 1, produkten z 1 och kvoten z 1 (här antas 0)? Skriv ut definitionerna med ledning av texten ovan eller avsnitt 6. i Vretblads bok. Övning B 1. Låt z = a + bi. Vad menas med det konjugerade talet z (se avsnitt 6. i Vretblads bok).. Låt z = 3 + 5i. Beräkna z. 3. Låt z, z 1, beteckna komplexa tal. Bevisa formlerna: (a) z = z, (b) z 1 + = z 1 +, (c) z 1 = z 1, (d) ( z 1 ) = z 1 z ( 0).

Övning C 1. Låt z = a + bi. Vad menas med absolutbeloppet z?. Låt z, z 1, beteckna komplexa tal. Bevisa formlerna: (a) z = z z, (b) z = z, (c) z 1 = z 1, Ledning. Kvadrera likheten och använd (a)! (d) z 1 = z 1 (z 0). 3. Bestäm två par av positiva heltal k, l så att k +l = ( +13 )(5 +8 ). Använd komplexa tal och (c). Kan du generalisera ditt resultat? Övning D Man tolkar det komplexa talet z = a + bi som punkten (a, b) i ett vanligt rätvinkligt koordinatsystem (se avsnitt 6.4 i Vretblads bok). Man identifierar z med punkten (a, b) man säger ofta punkten z om (a, b). Ibland vill man se talet z som en vektor oftast från (0, 0) till punkten (a, b). 1. Rita ett rätvinkligt koordinatsystem och tolka geometriskt följande tal: (a) z = a + bi och z = a bi (försök beskriva deras läge i förhållande till varandra); (b) Re z = a, Im z = b och z = a + b. Kan du se ett samband mellan z och en känd sats? (c) z 1 + då z 1 = a + bi och = c + di. Tolka därefter z 1 +, z 1 och ; Ledning. Summan z 1 + svarar mot diagonalen i den parallellogram som har sina hörn i (de punkter som svarar mot) (0, 0), z 1, och z 1 +.. Kan du förklara hur triangelolikheten z 1 + z 1 + kan tolkas geometriskt med hjälp av förra uppgiften? (för ett algebraiskt bevis av denna olikhet se boken). 3. Hur tolkas z 1 då z 1 och uppfattas som vektorer från (0, 0) till punkterna z 1 och? Använd samma bild som i förra uppgiften. Hur tolkas z 1? Låt z 1 = a + bi, = c + di och skriv ut z 1 känner du igen en känd formel? 3

Övning E 1. Betrakta figuren b z z = a + bi θ a och förklara varför a = z cos θ och b = z sin θ. Vi förutsätter att z 0. Anmärkning. Vinkeln θ kallas för ett argument för z och betecknas θ = arg z. Ofta väljer man denna vinkel så att 0 θ < π. Om θ är ett argument, så är både θ + π och θ π argument för z. Man kan skriva Den sista framställningen kallas polär form.. Skriv på polär form (a) z = 1 + i, (b) z = 3 + i. z = a + bi = z (cos θ + i sin θ). 3. Låt z 1 = z 1 (cos θ 1 + i sin θ 1 ) och = (cos θ + i sin θ ) vara komplexa tal på polär form. Beräkna produkten z 1 och kvoten z 1. Skriv dessa tal på polär form. Förklara vad som händer med beloppen och med argumenten då man multiplicerar eller dividerar två komplexa tal (se avsnitt 6.4 i boken). 4. Lös uppgift 6.33 (6.18) i boken. 5. Tolka geometriskt förhållandet mellan ett komplext tal z 0 och talet iz. 6. Om z = z (cos θ + i sin θ), så är z n = z n (cos nθ + i sin nθ), vilket kallas de Moivres formel (se Vretblads bok avsnitt 6.4). Lös med hjälp av denna formel uppgifterna 6.73 (6.39), 6.38 (6.19) och 6.39a) (6.0 a)) i boken. 4

Övning F Kvadratrötter och kvadratiska ekvationer. 1. Vad menas med beteckningen 1? Lös ekvationen = 1. Anmärkning. Med a + bi menas om b 0 eller a < 0 vanligen en godtycklig lösning till ekvationen = a + bi. (Denna ekvation har då två olika lösningar z 1 och = z 1 ; ibland fixerar man en lösning genom lämpliga villkor. Man skriver t.ex. ofta 1 för att beteckna talet i (och ej i).) Vi skall bara använda rottecknet i samband med lösning av andragradsekvationer och då spelar denna tvetydighet ingen roll eftersom det alltid föregås av ±.. Beräkna: (a) 3 + 4i, (b) 7 4i (se boken om du vill), (c) i. 3. I början av denna stencil finns allmänna formler för lösningar av kvadratiska ekvationer. Använd dessa formler för att lösa ekvationerna 6.53 (6.5) och 6.56 (6.7) i Vretblad/Ekstig (Vretblad)s bok. Övning G Binomiska ekvationer. Ekvationerna av typen z n = A, där A är ett komplext tal, kallas binomiska. Läs om dessa ekvationer i avsnitt 6.6 i boken. Om A = A (cos α + i sin α) så ges alla lösningar på formen z k = n ( A cos α + πk + sin α + πk ), n n där k = 0, 1,..., n 1. 1. Lös ekvationen z 4 = 16. Se exempel 1 i avsnitt 6.6. Läs noga. Använd formeln ovan för att lösa denna ekvation.. Lös ekvationen z 3 = i. 5

Övning H Enhetsrötter. Lösningarna till ekvationerna z n = 1 kallas enhetsrötter. Dessa komplexa tal har många anmärkningsvärda egenskaper och spelar en stor roll i matematiken. 1. Beräkna enhetsrötterna för n =, 3, 4, 5, 6 och tolka dessa komplexa tal geometriskt (en bild för varje n).. Beräkna summan av alla fjärde enhetsrötter, dvs alla lösningar till ekvationen z 4 = 1. Visa att ditt resultat kan generaliseras (studera enhetsrötterna i uppgiften ovan). 3. Rita enhetscirkeln i det komplexa planet och välj en godtycklig punkt a på denna cirkel. Låt z 1,, z 3, z 4 beteckna lösningarna till ekvationen z 4 = 1. Beräkna summan av kvadraterna av avstånden mellan a och z k, dvs summan z 1 a + a + z 3 a + z 4 a. Försök generalisera ditt resultat till enhetsrötterna z n = 1 för godtyckliga n. Ledning: Utnyttja Övning C (a) samt föregående uppgift. Följande övningar i boken rekommenderas för självstudier: Vretblad/Ekstig (Vretblad): 6.9 (6.5), 6.17 (6.9), 6.41 (6.), 6.58 (6.9), 6.63 (6.30), 6.65 (6.3), 6.78 (6.44), 6.81 (6.47), 6.8 (6.48), 6.83 (6.49). 6