Conectează-te Înregistrare gratuită
Matematică Liceu (9-12)

Numere complexe: forma algebrica, trigonometrica, ecuatii in C

Pe scurt

Numerele complexe extind mulțimea numerelor reale prin introducerea unității imaginare i, cu proprietatea i² = -1. Acestea pot fi reprezentate atât în forma algebrică (z = a + bi), cât și în forma trigonometrică (z = r(cos θ + i sin θ)), iar operațiile precum înmulțirea, ridicarea la putere și extragerea rădăcinilor se simplifică considerabil în forma trigonometrică. Ecuațiile în mulțimea numerelor complexe, inclusiv cele de gradul al II-lea cu discriminant negativ, au întotdeauna soluții în C.

Forma algebrică a numerelor complexe

Un număr complex în forma algebrică se scrie z = a + bi, unde:

  • a este partea reală (Re(z))
  • b este partea imaginară (Im(z))
  • i este unitatea imaginară, cu proprietatea i² = -1

Egalitatea a două numere complexe: două numere complexe sunt egale dacă și numai dacă părțile reale și imaginare coincid.

Adunarea: (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i

Înmulțirea: (a + bi)(c + di) = (ac - bd) + (ad + bc)i (se ține cont că i² = -1)

Conjugatul unui număr complex z = a + bi este z̄ = a - bi

Modulul unui număr complex este |z| = √(a² + b²) și reprezintă distanța de la origine la punctul (a, b) în planul complex

Forma trigonometrică (polară) a numerelor complexe

Forma trigonometrică a numărului complex este z = r(cos θ + i sin θ), unde:

  • r = |z| ≥ 0 este modulul
  • θ = arg(z) este argumentul (unghiul făcut de vectorul corespunzător cu axa reală pozitivă, măsurat în radiani)

Conversia din forma algebrică în forma trigonometrică

  • Se calculează r = √(a² + b²)
  • Se calculează θ = arctan(b/a) (cu ajustări pentru cadran)

Exemplul 1: Convertiți numărul complex z = -1 + i√3 în formă trigonometrică.

  • Modulul: r = √((-1)² + (√3)²) = √(1+3) = 2
  • Argumentul: partea reală negativă, partea imaginară pozitivă → cadranul II
  • θ = π - arctan(|Im/Re|) = π - arctan(√3/1) = π - π/3 = 2π/3
  • Forma trigonometrică: z = 2(cos(2π/3) + i sin(2π/3))
  • Verificare: cos(2π/3) = -1/2, sin(2π/3) = √3/2 → 2·(-1/2 + i√3/2) = -1 + i√3 ✓

Operații în forma trigonometrică

Înmulțirea a două numere complexe în formă trigonometrică

  • Se înmulțesc modulele și se adună argumentele
  • z₁·z₂ = r₁·r₂[cos(θ₁+θ₂) + i sin(θ₁+θ₂)]

Ridicarea la putere (Formula lui Moivre)

  • zⁿ = rⁿ(cos nθ + i sin nθ)

Radicalii de ordin n (rădăcinile n-ale unității)

  • z_k = ⁿ√r [cos((θ+2kπ)/n) + i sin((θ+2kπ)/n)], k = 0, 1, …, n-1

Exemplul 3: Determinați toate rădăcinile de ordin 4 ale numărului 16i (rezolvați z⁴ = 16i).

  • Scriem 16i în formă trigonometrică: modulul r = 16, argumentul θ = π/2
  • Rădăcinile: z_k = ⁴√16·[cos((π/2 + 2kπ)/4) + i sin((π/2 + 2kπ)/4)], k=0,1,2,3
  • ⁴√16 = 2 (deoarece 2⁴=16)
  • k=0: z₀ = 2(cos(π/8)+i sin(π/8))
  • k=1: z₁ = 2(cos(5π/8)+i sin(5π/8))
  • k=2: z₂ = 2(cos(9π/8)+i sin(9π/8))
  • k=3: z₃ = 2(cos(13π/8)+i sin(13π/8))

Ecuații în mulțimea numerelor complexe

Ecuațiile de gradul al II-lea cu coeficienți reali sau complecși se rezolvă prin:

  • Completarea pătratului
  • Formula cu discriminantul Δ = b² - 4ac
  • Rădăcinile: x = (-b ± √Δ)/(2a), unde √Δ reprezintă rădăcina pătrată complexă

Cazul Δ negativ: se scrie Δ = |Δ|·i², deci √Δ = ± i√|Δ|

Exemplul 2: Rezolvați ecuația z² + 2z + 5 = 0 în C.

  • Discriminantul Δ = 4 - 20 = -16
  • Rădăcina pătrată a lui Δ: √(-16) = ±4i (deoarece (4i)² = -16)
  • z = (-2 ± 4i)/2 = -1 ± 2i
  • Soluțiile: z₁ = -1 + 2i și z₂ = -1 - 2i (conjugate complexe, deoarece coeficienții sunt reali)

Ecuațiile de forma zⁿ = a (cu a complex) se rezolvă prin

  • Reprezentarea lui a în formă trigonometrică
  • Aplicarea formulei pentru rădăcini

Concepte cheie

  • Forma algebrică: z = a + bi, cu i² = -1
  • Conjugatul: z̄ = a - bi
  • Modulul: |z| = √(a² + b²)
  • Forma trigonometrică: z = r(cos θ + i sin θ), cu r = |z|, θ = arg(z)
  • Formula lui Moivre: (cos θ + i sin θ)ⁿ = cos(nθ) + i sin(nθ)
  • Rădăcinile de ordin n: z_k = ⁿ√r [cos((θ+2kπ)/n) + i sin((θ+2kπ)/n)]
  • Rezolvarea ecuației de gradul al II-lea cu Δ < 0 dă rădăcini complexe conjugate

Verifică-te!

  1. Care este conjugatul și modulul numărului complex z = 3 - 4i?

  1. Cum se transformă numărul complex z = -2 - 2i din forma algebrică în forma trigonometrică?

  1. Care sunt soluțiile ecuației z² + 4z + 13 = 0 în mulțimea numerelor complexe?

Vrei exerciții pe lecția asta + AI care te ajută pas cu pas?
Cont gratuit — 20 întrebări AI/zi, exerciții nelimitate.

Creează cont