Kompleksan broj

Kompleksni brojevi su oni brojevi koji proširuju skup realnih brojeva na način da jednačina ima rješenje. Ono je moguće uvođenjem novog imaginarnog broja koji ima osobinu . Ovaj broj označava se kao imaginarna jedinica. U elektrotehnici za njegovo označavanje koristi se slovo , kako bi se izbjegla zabuna sa oznakom za jačinu struje zavisne od vremena (koja se označava sa ili ).
Pojam "kompleksnih brojeva" uveo je Carl Friedrich Gauß 1831. u djelu Theoria residuorum biquadraticorum. Međutim, temelje teorije kompleksnih brojeva postavio je italijanski matematičar Gerolamo Cardano u djelu Ars magna objavljenom u Nürnbergu 1545. te Rafael Bombelli u djelu L'Algebra objavljenom u Bologni 1572. a napisanom između 1557. i 1560.[1] Uvođenje imaginarne jedinice kao novog broja pripisuje se Leonhardu Euleru.
Definicije
U skupu realnih brojeva jednačina ima dva rješenja
Slična jednačina u skupu nema ni jedno rješenje. Zato se uvodi imaginarna jedinica definisana na sljedeći način tj
. Iz ove definicije slijedi
.[2]
Na ovaj način dobili smo skup kompleksnih brojeva. Kompleksan broj je broj oblika
gdje su x i y realni brojevi, a i se naziva imaginarna jedinica i ima osobinu i2 = -1.
Realni broj se naziva realni dio kompleksnog broja i označava se sa , a se naziva imaginarni dio i označava se sa .
Skup kompleksnih brojeva možemo smatrati proširenjem skupa realnih brojeva, odnosno svaki realni broj x možemo posmatrati kao kompleksni, uzimajući u prethodnoj notaciji da je y = 0, tj. .
Povremeno se moze naići na definiciju . U praktičnom smislu (iako korektna) tu definiciju treba koristiti vrlo uvjetno, jer ukoliko uradimo slijedeću operacije dobijamo pogrešan rezultat. . U pravilu takva vrsta operacije se tretira u domeni kompleksnih brojeva a ne realnih, i prema definiciji kompleksnog broja imamo: što je i korektan rezultat.
Kompleksni brojevi se mogu formalno definisati kao dvodimenzionalni vektori ili uređeni parovi realnih brojeva.
Definiciju kompleksnih brojeva kao uređenih parova dao je William R. Hamilton , irski matematičar (1805– 1865.) Ta se definicija temelji samo na osobini realnih brojeva, čime se izbjegava donekle nerazjašnjeni pojam broja .
S druge strane, zapis oblika pogodniji je za računanje.
Oba oblika kompleksnog broja
i
potpuno su ekvivalentna.
Skup kompleksnih brojeva je skup svih brojeva oblika , gdje su .
Posebno je .
je realni dio kompleksnog broja ,
je imaginarni dio kompleksnog broja .
- Algebarski oblik kompleksnog broja je
za
- Trigonometrijski oblik kompleksnog broja je
pri čemu je
modul
argument
- Eksponencijalni oblik kompleksnog broja je
za
pri čemu je
modul
argument
Dva kompleksna broja su jednaka ako su im jednaki realni i imaginarni dijelovi.
Konjugirano kompleksni broj broja je broj .
Modul ili apsolutna vrijednost kompleksnog broja je nenegativni realni broj .
Operacije s kompleksnim brojevima

U skupu kompleksnih brojeva definisano je sabiranje.
Neka su i dva kompleksna broja.
Osobine sabiranja kompleksnih brojeva
za komutativnost sabiranja
za asocijativnost sabiranja
za neutralni element 0(nula) za sabiranje
Kompleksni broj
postojanje inverznog elementa.
Kompleksni broj [3]
Množenje kompleksnih brojeva
Neka su i dva kompleksna broja.
U skupu kompleksnih brojeva definisano je množenje
Osobine množenja kompleksnih brojeva
za komutativnost množenja
za asocijativnost množenja
za neutralni element za množenje
postojanje reciproćnog elemanta
za distributivnost množenja u odnosu na sabiranje [3]
Realan proizvod dva kompleksna broja
U skupu kompleksnih brojeva skalarnom proizvodu vektora odgovara pojam realnog proizvoda kompleksnih brojeva koji je skalarni proizvod vektora koji su određeni kompleksnim brojevima koji se množe. Definicija
Realan proizvod kompleksnih brojeva i , u oznaci ,je realan broj određen kao
Neka su A i B tačke određene kompleksnim brojevima i Lako je provjeriti da je
Osobine realnog proizvoda dva kompleksna broja
- (za tačke A i B kompleksne ravni određene kompleksnim brojevima i )
Realan proizvod kompleksnih brojeva i jednak je potenciji koordinantnog početka kompleksne ravni u odnosu na krug čiji je prečnik , gdje su i tačke kompleksne ravni određene kompleksnim brojevima i .
Tačka je sredina duži AB određena kompleksnim brojem , potencija tačke u odnosu na krug sa središtem u tački i poluprečnikom
jednaka je
Neka su tačke ,,, taačke kompleksne ravni određene kompleksnim brojevima , , , . Tada su sledeća tvrđenja ekvivalentna:
Središte kružnice opisane oko trougla nalazi se u koordinantnom početku kompleksne ravni. Ako su tjemena , , trougla određena kompleksnim brojevima , , respektivno, tada je ortocentar tog trougla određen kompleksnim brojem .
Kompleksan proizvod dva kompleksna broja
Kompleksan proizvod dva kompleksna broja je analogan vektorskom proizvodu vektora.
- Definicija
Kompleksan broj
nazivamo kompleksnim proizvodom kompleksnih brojeva i .
Neka su i tačke određene kompleksnim brojevima i Lako je provjeriti da je
Neka su , , kompleksni brojevi. Tada kompleksan proizvod dva kompleksna broja ima sledeće osobine
- gdje je
- ( )
Ako su i dvije različite tačke različite od , tada je onda i samo onda ako su , , kolinearne tačke.
Neka su ) i ) dvije različite tačke u kompleksnoj ravni različite od koordinantnog početka. Kompleksan proizvod brojeva i ima sljedeći geometrijski smisao
Neka su , i tri različite tačke u kompleksnoj ravni. Tada je
Neka su , i tri različite tačke u kompleksnoj ravni. Tada su sljedeća tvrđenja ekvivalentna
- Tačke ,, su kolinearne
Neka su , , i četiri tačke od kojih nikoje tri nisu kolinearne. Tada je onda i samo onda ako je
Dijeljenje kompleksnih brojeva
U svakom skupu brojeva dijeljenje se definiše kao množenje inverznim elementom. Uvjerimo se da za
Neka je bilo koji. Onda je pa je dobro definisan broj
imamo
Konjugovano kompleksni brojevi

Kompleksan broj nazivamo konjugovanim broju .[4]
Brojevi i čine par konjugovanik brojeva. Njihovim sabiranjem i oduzimanjem dobijamo
Lako se provjerava da vrijedi
Neka je trigonometrijski oblik kompleksnog broja. Tada je
Na ovaj način dobijamo opći oblik De Moavrova teorema koji ima važnu ulogu u elektrotehnici
ili
Stepenovanje kompleksnog broja
za .
Potencije imaginarne jedinice
Korjenovanje kompleksnog broja
za
gdje je
za
za
Kvadratni korjen imaginarnog broja
Ovaj rezultat možemo dobiti na sljedeći način
Dobijamo dvije jednačine
čija su rješenja
Izbor glavnog korjena daje
Rezultat možemo dobiti pomoću Moavrova formule
Apsolutna vrijednost argumenta
Apsolutna vrijednost (ili modul ili veličine) kompleksnog broja je
Kvadrat apsolutne vrijednosti je
Množenje i dijeljenje u polarnom obliku
Iz trigonometrijskih identiteta
imamo
- Primjer
Dijeljenje
Trigonometrijski oblik kompleksnog broja
Ponekad je kompleksne brojeve potrebno pisati u trigonometrijskom obliku
, za i za ; kada je onda je , ako je i , ako je
Broj se naziva modul kompleksnog broja , a је argument kompleksnog broja
- Množenje
Množenje kompleksnih brojeva u trigonometrijskom obliku je slično množenju kompleksnih brojeva u standardnom obliku.
Neka su zadani kompleksni brojevi
i
onda je [6]
Sada, kada smo odredili brojeve, mogu se pomnožiti:
- Dijeljenje
Neka su zadani kompleksni brojevi
i
u općem slučaju važi
De Moavrova formula
Neka je trigonometrijski oblik kompleksnog broja. Tada je
Na ovaj način dobijamo opšti oblik De Moavrova teorema koji ima važnu ulogu u elektrotehnici
Također pogledajte
Reference
Literatura
- Kompleksni brojevi
- Kompleksni brojevi
- KOMPLEKSNI - BROJEVI
- Skup kompleksnih brojeva Šablon:Webarchive
- Moavrova formula i n-ti koren kompleksnog broja, 21. februar 2014
- Množenje i deljenje kompleksnih brojeva u trigonometrijskom obliku, 19. februar 2014.
- Trigonometrijski oblik kompleksnog broja, 17. februar 2014.
Vanjski linkovi
- ↑ Šablon:Cite book
- ↑ 2,0 2,1 Kompleksni brojevi Šablon:Webarchive, na stranici Fakulteta elektrotehnike, mašinstva i brodogradnje Univerziteta u Splitu, pristupljeno 10. jula 2017. Šablon:Simboli jezika
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Skup kompleksnih brojeva Šablon:Webarchive, pristupljeno 10. jula 2017. Šablon:Simboli jezika
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Konjugovano kompleksni broj kompleksnog broja, na stranici Elektronskog fakulteta Univerziteta u Nišu, Šablon:Simboli jezika
- ↑ Tin Perkov, Mandi Orlić: Formule iz Matematike I, Tehničko veleučilište u Zagrebu, Šablon:Simboli jezika
- ↑ 6,0 6,1 Množenje i deljenje kompleksnih brojeva u trigonometrijskom obliku, 19. februar 2014, Šablon:Simboli jezika
- ↑ De Moavrova formula, 21. februar 2014. Šablon:Simboli jezika