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.