Умножая произвольное комплексное число-вектор на
комплексное число вида
, увеличиваем аргумент у комплексного числа
на величину
, не
меняя модуля. Это преобразование соответствует повороту комплексной плоскости
на угол
Умножение на положительное действительное
число
есть гомотетия комплексной плоскости
(растяжение в
раз, если
и
сжатие в
раз,
если
). Итак, преобразование
представляет из себя последовательное выполнение двух
геометрических преобразований над вектором -- поворота и гомотетии. В этом и
заключается геометрический смысл умножения комплексных чисел.
Пример. Вычислим . Для этого сначала найдем модуль и
аргумент числа
:
Для того чтобы найти аргумент изобразим комплексное число вектором,
очевидно лежащем на биссектрисе первого квадранта, и ответ
или, по
другому,
станет понятен. Далее
Правило (2) предыдущего параграфа дает нам право определить экспоненту чисто мнимого числа:
Действительно, таким образом определенная функция обладает следующими свойствами:
Здесь первое равенство есть частный случай (2) предыдущего
параграфа, когда , второе равенство есть не что иное как
формула Муавра, а третье равенство вытекает из периодичности гармоник. Заметим,
что никакой коллизии в обозначения в связи с известной экспонентой
действительной переменной не возникает;
равенство аргументов
возможно лишь если
. Но
тогда определение (1) комплексной экспоненты дает нам значение
, что
совпадает с известным равенством
.
Определение (1) позволяет записать ненулевое комплексное число в показательной форме
В таком виде легче оперировать с комплексными числами, когда речь идет об умножении, делении и возведении в степень. Например,
Определим теперь комплексную экспоненту для любого
комплексного числа
Функция будет уже функцией комплексного
переменного. Для нее справедливы свойства
Е1. Область определения – все комплексные числа.
Е2. ;
Е3. —«школьная экспонента»
Е4. Комплексная экспонента периодична с периодом
Е5. Область значений – все комплексные числа, кроме нуля
C помощью
комплексной экспоненты легко извлекаются корни из комплексных чисел. Решим
уравнение . Если w=0, то имеется только один нулевой
корень кратности n. Пусть
. Запишем
в
показательном виде
, где
. Найдем арифметический корень n-ой степени
из r и обозначим его
. Тогда уравнение
имеет n корней, расположенных на
окружности радиуса
в вершинах правильного n-угольника
/*/ Действительно, применяя формулу Муавра, легко проверить,
что все -- корни уравнения
Пусть
– какой-либо корень уравнения
. Тогда
. Приравнивая модули, получаем равенство
. Сокращая на
и деля
на
, получим
откуда
и
. Это значит, что
для
некоторго целого
. Поделим
на
с
остатком:
, где
. Тогда
и . Следовательно,
.
Корни (3) расположены в вершинах правильного -
угольника, вписанного в окружность радиуса
, имеющей центр в нулевой точке.
Например, найдем корни уравнения
. Здесь
арифметический корень шестой степени из 64
равен 2, а агрумент
равен нулю. Следовательно, корни имеют вид
Предложение 1. Пусть – последовательность комплексных чисел,
. Тогда
Доказательство вытекает из непрывности отображений и
А именно, если
мало,
то и
малы, а также если
малы, то
мал (модуль мал). □
Предложение 2. Из абсолютной сходимости следует сходимость ряда.
Докажем этот факт. Обозначим . Тогда для любого 𝜺 >0 найдется, благодаря критерию
Коши, натуральное N такое, что для любых
имеет место неравенство
Без ограничения общности можно считать,
что
. Тогда
Применяя снова критерий Коши к ряду , получаем его сходимость. □
Открытую область |z|>R считаем R-окрестностью бесконечно удаленной точки ∞ . Считаем:
z/∞ = 0, ∞ +z=z+∞ =∞ (z∈ ℂ ), c/0 =∞ , ∞ ⋅ c=c⋅ ∞ =∞ (c∈ ℂ *).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.