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Analise Matematica III - Numeros Complexos, Resumos de Matemática Aplicada

Definicacao e Conceito de Numeros Complexos; 1a e 2a Lei de Moivre; Propriedades de Numeros Complexos; Operacoes com Numeros Complexos; Exercicios de Aplicacao.

Tipologia: Resumos

2016

Compartilhado em 02/01/2024

Bernardo-Munguambe
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1 N ´
UMEROS COMPLEXOS
Faculdade de Ciˆencias
Departamento de Matem´atica e Inform´atica
An´alise Matem´atica III
Tema II: umeros Complexos
1 umeros Complexos
Defini¸ao 1.1: conjunto de umeros complexos
designa-se por C, representa a totalidade de todos
os pares ordenados (x, y) e umeros reais (x, y)
para os quais sao operacoes de adicao e multipli-
cacao.
Dado: z1= (x1, y1) e Z2= (x2, y2)
z1+z2= (x1, y1)+(x2, y2)=(x1+x2, y1+y2)
z1.z2= (x1, y1).(x2, y2) = (x1x2y1y2, x1y2+
x2y2)
Dado umero complexo z= (x, y), diz-se x´e a
parte real de z,x=Re(z) e y´e a parte ima-
gin´aria de z,y=Im(z). Toda parte complexa
zcuja parte real ´e zero, z= (0, y) denomina-se
umero imagin´ario puro. E todo umero ima-
gin´ario z, cuja a parte imagin´aria ´e zero, z=
(x, 0) denomina-se umero real puro.
Um umero complexo z= (x, y) sendo definido
como par ordenado x, pode ser representado gra-
ficamente entre o plano de um ponto P= (x, y),
ou na forma de um ponto raio vector
OP .
Chama-se unidade imaginaria e designa-se por i,
ao umero imagin´ario inteiro i= (0,1), que da
propriedade i2=1.
Defini¸ao 1.2: Chama-se conjugado de um
umero complexo z= (x, y) e designa-se zao
umero z= (x, y).
z=x+iy z =xiy
1.1 Formas de Representa¸ao
1.1.1 Forma Alg´ebrica
z=x+iy z =xiy
Opera¸oes
z1=x1+iy1z2=x2+iy2
1. z1+z2= (x1+iy1)+(x2+iy2)=(x1+
x2) + i(y1+y2)
2. z1.z2= (x1+iy1).(x2+iy2) = (x1x2y1y2)+
i(x1y2+x2y1)
Exemplo: z1
z2
=x1+iy1
x2+iy2
(x1+iy1).(x2iy2)
(x2+iy2)(x2iy2)=(x1x2+y1y2) + i(x2y1x1y2)
x2
2+y2
2
=x1x2+y1y2
x2
2+y2
2
+ix2y1x1y2
x2
2+y2
2
1.1.2 Forma Trigonom´etrica
seja: ρ=|z|=px2+y2
x=|z|cos θ y =|z|sin θ
θ= arctan y
xx= 0
forma geral
θ= arctan y
x+ 2
Exemplo:
z=x+iy
z=|z|cos θ+i|z|sin θ
z=|z|[cos θ+isin θ
| {z }
e
]
z=|z|e
============================
z1=ρ1(cos θ1+isin θ1) e z2=ρ2(cos θ2+isin θ2)
1. z1+z2=ρ1(cos θ1+isin θ1) + ρ2(cos θ2+
isin θ2) = ρ1cos θ1+ρ2cos θ2+i(ρ1sin θ1+
ρ2sin θ2)
2. z1.z2=ρ1(cos θ1+isin θ1)2(cos θ2+
isin θ2)=(ρ12)[cos(θ1θ2)+isin(θ1θ2)]
3. zn=ρn(cos +isin )
quando ρ=|z|= 1, ent˜ao
zn= cos +isin
´e denominada formula de Moivre
1.1.3 Formula Exponencial
z=ρ(cos θ+isin θ)
z=ρe
Munguambe, 2016 1
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1 N UMEROS COMPLEXOS´

Faculdade de Ciˆencias Departamento de Matem´atica e Inform´atica [email protected]

An´alise Matem´atica III

Tema II: N´umeros Complexos

1 N´umeros Complexos

Defini¸c˜ao 1.1: conjunto de n´umeros complexos designa-se por C, representa a totalidade de todos os pares ordenados (x, y) e n´umeros reais (x, y) para os quais sao operacoes de adicao e multipli- cacao. Dado: z 1 = (x 1 , y 1 ) e Z 2 = (x 2 , y 2 ) z 1 + z 2 = (x 1 , y 1 ) + (x 2 , y 2 ) = (x 1 + x 2 , y 1 + y 2 ) z 1 .z 2 = (x 1 , y 1 ).(x 2 , y 2 ) = (x 1 x 2 − y 1 y 2 , x 1 y 2 + x 2 y 2 )

Dado n´umero complexo z = (x, y), diz-se x ´e a parte real de z, x = Re(z) e y ´e a parte ima- gin´aria de z, y = Im(z). Toda parte complexa z cuja parte real ´e zero, z = (0, y) denomina-se n´umero imagin´ario puro. E todo n´umero ima- gin´ario z, cuja a parte imagin´aria ´e zero, z = (x, 0) denomina-se n´umero real puro.

Um n´umero complexo z = (x, y) sendo definido como par ordenado x, pode ser representado gra- ficamente entre o plano de um ponto P = (x, y),

ou na forma de um ponto raio vector

OP.

Chama-se unidade imaginaria e designa-se por i, ao n´umero imagin´ario inteiro i = (0, 1), que da propriedade i^2 = −1.

Defini¸c˜ao 1.2: Chama-se conjugado de um n´umero complexo z = (x, y) e designa-se z ao n´umero z = (x, −y).

z = x + iy z = x − iy

1.1 Formas de Representa¸c˜ao

1.1.1 Forma Alg´ebrica

z = x + iy z = x − iy

Opera¸c˜oes z 1 = x 1 + iy 1 z 2 = x 2 + iy 2

  1. z 1 + z 2 = (x 1 + iy 1 ) + (x 2 + iy 2 ) = (x 1 + x 2 ) + i(y 1 + y 2 )
  2. z 1 .z 2 = (x 1 +iy 1 ).(x 2 +iy 2 ) = (x 1 x 2 −y 1 y 2 )+ i(x 1 y 2 + x 2 y 1 )

Exemplo: z 1 z 2

x 1 + iy 1 x 2 + iy 2 (x 1 + iy 1 ).(x 2 − iy 2 ) (x 2 + iy 2 )(x 2 − iy 2 )

(x 1 x 2 + y 1 y 2 ) + i(x 2 y 1 − x 1 y 2 ) x^22 + y^22

=

x 1 x 2 + y 1 y 2 x^22 + y^22

  • i

x 2 y 1 − x 1 y 2 x^22 + y^22

1.1.2 Forma Trigonom´etrica

seja: ρ = |z| =

p x^2 + y^2 x = |z| cos θ y = |z| sin θ θ = arctan

y x

x ̸= 0 forma geral

θ = arctan

 (^) y x

  • 2kπ

Exemplo: z = x + iy z = |z| cos θ + i|z| sin θ z = |z|[cos| θ +{z i sin θ} eiθ

]

z = |z|eiθ

z 1 = ρ 1 (cos θ 1 + i sin θ 1 ) e z 2 = ρ 2 (cos θ 2 + i sin θ 2 )

  1. z 1 + z 2 = ρ 1 (cos θ 1 + i sin θ 1 ) + ρ 2 (cos θ 2 + i sin θ 2 ) = ρ 1 cos θ 1 + ρ 2 cos θ 2 + i(ρ 1 sin θ 1 + ρ 2 sin θ 2 )
  2. z 1 .z 2 = ρ 1 (cos θ 1 + i sin θ 1 ).ρ 2 (cos θ 2 + i sin θ 2 ) = (ρ 1 .ρ 2 )[cos(θ 1 −θ 2 )+i sin(θ 1 −θ 2 )]
  3. zn^ = ρn(cos nθ + i sin nθ)

quando ρ = |z| = 1, ent˜ao

zn^ = cos nθ + i sin nθ

´e denominada formula de Moivre

1.1.3 Formula Exponencial

z = ρ(cos θ + i sin θ) z = ρeiθ

2 EXERC´ICIOS

1.1.4 Formulas de Moivre

Potencia¸c˜ao: Primeira Formula de Moivre

Para zn, teremos

zn^ = ρn(cosnθ + i sin nθ)

Exemplo: calcular (

3 + i)^10

ρ =

q (

3)^2 + 1^2 =

sin θ =

y ρ

cos θ =

x ρ

z = 2^10

h cos(10.

π 6

) + i sin(

π 6

i

Radicia¸c˜ao: Segunda Formula de Moivre

dado z = ρ(cos θ + i sin θ). n

z tem n ra´ızes: r 0 , r 1 , r 2 , ..., rn− 1 ; dadas por

rk = ρ(cos θk + i sin θk)

a formula acima ´e chamada segunda formula de Moivre, onde

θk =

θ + 2kπ n e ρ =n^

ρ k ∈ 0 , 1 , 2 , ...

Exemplo: calcular as ra´ızes cubicas de − 1.

n√− 1 n = 3 Re(z) = − 1 Im(z) = 0

ρ =

p (−1)^2 + 0^2 = 1 z = ρ(cos θ + i sin θ) = 1[cos(π) + i sin(π)] z =^3

calculando as ra´ızes

k = 0 θ 0 =

π + 2. 0 .π 3

π 3

r 0 = 1(cos

π 3

  • i sin

π 3

i

k = 1 θ 1 =

π + 2. 1 .π 3

= π

r 1 = 1(cos π + i sin π) = −1 + 0i = − 1

k = 2 θ 2 =

π + 2. 2 .π 3

5 π 3

r 2 = 1(cos

5 π 3

  • i sin

5 π 3

i

k = 3 θ 3 =

π + 2. 3 .π 3

7 π 3

r 3 = 1(cos

7 π 3

  • i sin

7 π 3

i

2 Exerc´ıcios

  1. Calcule

a)

1 2 +^

√ 3 2 i

√ 3 2

b)

5+3√ 3 i 4 √ 3+2i

c) ( √i+13+i )−^8

  1. Expressar mediante potencias de sin α e cos α.

a) sin(3α) e cos(3α)

b) sin(− 4 α) e cos(− 4 α)

  1. Determine todos os valores de ra´ızes e poten- cias

a) 3

b) 4

i

c) 6

d)

p 2 − 2

3 i

e)

1+i 1 −i

  1. Resolva

a) z^3 + 8 = 0

b) z^3 − 8 i = 0

c) z^4 + iz^3 + 8iz − 8 = 0