Matemática elementar/Conjuntos/Números complexos

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O conjunto dos números complexos ℂ é a extensão dos números reais. Esta extensão é toda construída a partir de um elemento novo, a unidade imaginária i. Tipicamente, números deste conjunto são designados por z, mas é permitido utilizar qualquer signo para representá-los.

O número imaginário

A unidade imaginária i - que define os números complexos - tem o valor de Predefinição:Math. Para esta, então, podemos considerar todas as regras de radiciação. Observe o exemplo abaixo:

−4=4−1=±2i

Desta forma, raízes negativas podem ser facilmente reduzidas a um número complexo. Esta característica é muito utilizada para descobrir raízes de funções em que o discriminante é menor que zero. Por exemplo, as raízes de f(x) = x2 + 9 são dadas por

f(0)=±−4×1×92=±−362=±36−12=±6i2=±3i
A oposição entre o afixo e o conjugado.

Soma por um número real

A soma de um número imaginário por um número real origina o afixo do número complexo z. Desta forma, em um número complexo z cujo afixo é dado por a + bi, teremos a como a parte real (denotada por Re), e b a parte imaginária (denotada por Im). Desta forma, teremos:

  • b igual a zero para um número real qualquer;
  • a igual a zero para um número imaginário puro qualquer.

Já para a - bi, teremos o conjugado do número complexo. O conjugado de um número complexo z é dado por z. Por exemplo, o conjugado do número z = 2 - i é

z‾=2−(−i)

Que resulta em z = 2 + i.

Operações com os complexos

Soma e subtração

O seguinte fragmento resume a soma e a subtração dos números complexos: Predefinição:Ênfase Por exemplo, considere os números complexos z1 e z2, para z1 = -2 + 4i e z2 = -3 - i, então z1 + z2 =

{Re⁡=−2+(−3)=−5Im⁡=4i+(−i)=3i

Conclui-se a soma pela obtenção de -5 + 3i.

A subtração pode ser deduzida a partir da adição. Veja a diferença entre z1 e z2:

{Re⁡=−2−(−3)=1Im⁡=4i−(−i)=5i

Que é igual a 1 + 5i.

Multiplicação

A própria definição do conjunto dos números complexos reside na multiplicação. Assim, definimos o conjunto dos números complexos como tendo a seguinte operação de multiplicação: Predefinição:Ênfase Na prática, isto resume-se na multiplicação distributiva:

z1z2=(a1+b1i)(a2+b2i)=a1a2+a1b2i+a2b1i+b1b2i2

Exemplo: z1z2, para z1 = 2 + i e z2 = -1 + 2i:

z1z2=−2+4i−i+2i2=−2+3i+2i2=−2+(3+2i)i

Potenciação

Você deve ter notado a presença de expoente acima da unidade imaginária no exemplo anterior. A potência pode e deve ser resolvida. Facilmente ela pode ser deduzida. Veja:

i0=1
i1=−1
i2=(−1)2=−1
i3=i2i1=−1−1=−i

Para expoentes maiores que três (x), a seguinte operação é válida:

ix=ix−4k−1=iy

Em que k é o maior inteiro possível para {y ∈ N| 0 ≤ y ≤ 3}. Por exemplo, i20:

i20=i20−4k−1=i19−4k=i19−16=i3=−i

Divisão

A divisão de números complexos pode ser feita pelo método da chave. Entretanto, esta última muitas vezes pode ser demorada até que se obtenha resto igual a zero. Geralmente, o método aplicado consiste na multiplicação do denominador e numerador pelo conjugado do divisor. Exemplo:

z1z2=2+3i−1+2i

O conjugado do divisor é igual a -1 - 2i. Portanto:

z1z2=z1z2×z2¯z2¯=2+3i−1+2i×−1−2i−1−2i=−2−4i−3i−6i2(−1)2−(2i)2=4−7i5

Representação geométrica

É denominado de norma de um complexo z, dado por z=a+bi , o quadrado da parte real somada ao quadrado da parte imaginária, ou seja, N(z)=a2+b2.
E, denomina-se módulo (ou valor absoluto) de z, ao seguinte real e positivo:
|z|=√N(z)=√(a2+b2)
Veja o módulo que trata sobre o plano de Argand-Gauss.

Veja também

Uma abordagem mais avançada dos números complexos pode ser vista no livro Análise complexa/Introdução.


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de:Imaginäre und komplexe Zahlen en:Intermediate Algebra/Complex Numbers fr:Mathématiques au lycée/Nombres complexes