e l insieme delle soluzioni, dopo le analoghe riduzioni del caso n = 2, si scrive come

Documenti analoghi
e l insieme delle soluzioni, dopo le analoghe riduzioni del caso n = 2, si scrive come

Numeri complessi. x 2 = 1.

Soluzioni. 1. Calcolare la parte reale e immaginaria del numero complesso. z = i i. 3 (2 + i) = i i = i.

unità immaginaria, rappresentata dal simbolo i e che si definisce comeunnumeroilcuiquadratoèugualealnumeroreale 1, ossia:

NUMERI COMPLESSI Esercizi svolti. d) (1 i) 3. b) (1 + i)(1 i)(1 + 3 i) c) 1 i 1

Esercizi sui numeri complessi. Corso di Laurea in Informatica A.A. Docente: Andrea Loi. 1. Trovare parte reale e immaginaria dei numeri complessi:

Numeri Complessi. Perché i numeri complessi? PSfrag replacements

I numeri complessi. Andrea Corli 31 agosto Motivazione 1. 2 Definizioni 1. 3 Forma trigonometrica di un numero complesso 3

NUMERI COMPLESSI. I numeri complessi

Complementi di algebra

Numeri complessi. Hynek Kovarik. Analisi A. Università di Brescia. Hynek Kovarik (Università di Brescia) I numeri complessi Analisi A 1 / 37

Numeri complessi. Hynek Kovarik. Università di Brescia. Analisi Matematica 1

Numeri Complessi R 2. P = (x P,y P ) x P. z = (x,y) y P (0,0)

Numeri Complessi R 2. P = (x P,y P ) x P. z = (x,y) y P (0,0)

NUMERI COMPLESSI ED EQUAZIONI ALGEBRICHE

I numeri complessi. Richiami di teoria. AMA Ing.Edile - Prof. Colombo 1. Esercitazioni: Francesco Di Plinio -

Dom. 1 Dom 2 Es. 1 Es. 2 Es. 3 Es. 4 Totale. Cognome: Nome: Matricola:

z = i 4 2i 3. a)z = (1 + i) 6 e b)w = i 17. 4) Scrivere in forma trigonometrica i seguenti numeri complessi: a)8 b)6i c)( cos( π 3 ) i sin(π 3 ))7.

Numeri Complessi. Sono numeri del tipo z = a + ib, dove a e b R, e i = 1 è detta unità immaginaria i R e i 2 = 1

I Compendi OpenSource di Giacomo Marciani Analisi Matematica Teoria, Formulario e Suggerimenti Pratici dalle dispense del professor Roberto Tauraso 1

ESERCITAZIONE 4: I NUMERI COMPLESSI

0.1 Numeri complessi C

Esponenziale complesso

Equazioni differenziali

Introduzione ai numeri complessi. Federico Lastaria. Analisi e Geometria 1. Numeri Complessi 1/16

Esercitazione sui numeri complessi

Domande di Analisi Matematica tratte dai Test di autovalutazione o di recupero dei debiti formativi.

I numeri complessi. Capitolo 7

Alcuni esercizi sulla diagonalizzazione di matrici. campo dei reali. Se lo è calcolare una base spettrale e la relativa forma diagonale di A.

Sol. Sia P = (x, y) un punto che soddisfa l equazione Y 2 = X 3 + ax + b. Ricordiamo che per definizione P = (x, y) è un punto regolare di E se

LEZIONE 15. (15.1.2) p(x) = a 0 x n + a 1 x n a n 1 x + a n = a h x n h.

(a, b) + (c, d) = (a + c, b + d) (1) (a, b) + (0, 0) = (a + 0, b + 0) = (a, b) (a, b) + ( a, b) = (a a, b b) = (0, 0)

Analisi Matematica 1

Fondamenti di ALGEBRA LINEARE E GEOMETRIA

Algebra Lineare Ingegneria Chimica Anno Accademico 2018/19

Unità Didattica N 12 Le equazioni ad una incognita 1. Unità Didattica N 12 Le equazioni ad una incognita

Lezione 6 Richiami di Geometria Analitica

NUMERI COMPLESSI. Test di autovalutazione

Esercizi - 1 Numeri Complessi

2. FUNZIONI REALI DI n VARIABILI REALI

Università degli Studi di Bergamo Corso integrato di Analisi 1 (Geometria e Algebra Lineare) 3 settembre 2009 Tema A

Università del Salento Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali. Matematica e Fisica

Equazioni differenziali

Liceo Scientifico Statale S. Cannizzaro Palermo Classe III D EQUAZIONI POLINOMIALI Divisione di polinomi, teorema del resto e teorema di Ruffini

Risoluzione di ax 2 +bx+c = 0 quando a, b, c sono numeri complessi.

1 n 1. n + 1. n=1 N+1. n=1. n=1 N N + 1.

Università degli Studi di Bergamo Scuola di Ingegneria Corso di Geometria e Algebra Lineare Appello 5 settembre 2018 Parte B Tema B1

Per determinare una soluzione particolare descriveremo un metodo che vale solo nel caso in cui la funzione f(x) abbia una forma particolare:

I Numeri complessi - Motivazioni

UNITÀ 2 EQUAZIONI E SISTEMI DI SECONDO GRADO

Università degli Studi di Bergamo Corso integrato di Analisi 1 (Geometria e Algebra Lineare) 26 gennaio 2011 Tema A

Esercitazione N.2. Sistemi lineari con parametro. di sistemi lineari con parametro. La regola di Cramer Discussione e risoluzione

1 Il polinomio Px ()= x 2 + ax + b ha discriminante negativo. Segue che. Un angolo di π radianti, trasformato in gradi, vale

Osservazioni generali

ALGEBRA I: SOLUZIONI TERZA ESERCITAZIONE 11 aprile 2011

29. Numeri complessi

Alessio Del Padrone Esercizi di Geometria: Numeri Complessi e Polinomi (Ingegneria A.A. 10/11)

Quesiti della seconda prova scritta per Matematica. MCD(x, y) = 10 xy = 30000

(x B x A, y B y A ) = (4, 2) ha modulo

Sistemi di primo grado

SISTEMI LINEARI. x y + 2t = 0 2x + y + z t = 0 x z t = 0 ; S 3 : ; S 5x 2y z = 1 4x 7y = 3

Per le risposte utilizza gli spazi predisposti. Quando richiesto, il procedimento va esposto brevemente, ma in maniera comprensibile.

n! n n. n=1 an = L [0, + ] Se L = 1 il criterio non dà una risposta e la serie potrebbe sia convergere che divergere. 2 n2. n 1

inferiore ai 180, ha area uguale al quadrato della corda AD che sottende un arco uguale alla somma dell arco AC e dell arco 180

II Esonero di Matematica Discreta - a.a. 06/07. Versione C

Esercitazione su equazioni, disequazioni e trigonometria

04 - Numeri Complessi

di 4, che è l area dell intera mattonella, imponiamo che 5 e quindi a = 7 5

II Esonero di Matematica Discreta - a.a. 06/07. Versione B

LE EQUAZIONI DI SECONDO GRADO

Precorso di Matematica

Soluzioni settima gara Suole di Gauss

METODI MATEMATICI PER LA FISICA

Università degli Studi di Bergamo Modulo di Geometria e Algebra Lineare (vecchio programma) 2 luglio 2014 Tema A

L1 L2 L3 L4. Esercizio. Infatti, osserviamo che p non può essere un multiplo di 3 perché è primo. Pertanto, abbiamo solo due casi

ISTITUZIONI DI MATEMATICA I. (prof. M.P.Cavaliere) NUMERI COMPLESSI E EQUAZIONI

ESERCIZI sui VETTORI

Soluzioni. 152 Roberto Tauraso - Analisi Risolvere il problema di Cauchy. { y (x) + 2y(x) = 3e 2x y(0) = 1

Analisi e Geometria 1

22 marzo Soluzione esame di geometria - Ing. gestionale - a.a COGNOME... NOME... N. MATRICOLA... ISTRUZIONI

Esercizi svolti sulle applicazioni lineari

C. Di Stefano, Dal problema al modello matematico Vol 1 Capitolo 4 Unità 2

[FE] Funzioni elementari

e non ci possono chiaramente essere minori di ordine più grande per cui il rango per minori è 2. Rango per pivot: Svolgiamo la riduzione

k l equazione diventa 2 x + 1 = 0 e ha unica soluzione

Appunti di Algebra Lineare - 1

Capitolo 2. Cenni di geometria analitica nel piano

Equazioni differenziali Corso di Laurea in Scienze Biologiche Istituzioni di Matematiche A.A Dott.ssa G. Bellomonte

( ) 2. Determina il resto della divisione fra il polinomio P ( x) 2 2x. 3. Per quale valore del parametro m il polinomio P(

Ingegneria Meccanica; Algebra lineare e Geometria 2008/2009

Insiemi numerici: i numeri complessi

Esercizi risolti di Geometria e Algebra. Fulvio Bisi, Francesco Bonsante, Sonia Brivio

ax 1 + bx 2 + c = 0, r : 2x 1 3x = 0.

FONDAMENTI DI ALGEBRA LINEARE E GEOMETRIA INGEGNERIA CHIMICA E DEI MATERIALI 8 LUGLIO 2015

4 0 = 4 2 = 4 4 = 4 6 = 0.

Massimi e minimi relativi in R n

Disequazioni di secondo grado

Dunque l equazione ammette le soluzioni:

Transcript:

Numeri complessi 9 Da questi esempi si può osservare che, facendo le successive potene di un numero complesso, i punti corrispondenti girano attorno all origine. Se inoltre > 1 allora i punti si allontanano indefinitamente ( n + ), se = 1 i punti rimangono sulla circonferena unitaria ( n = 1) e infine se < 1 i punti si avvicinano all origine ( n 0). Se riprendiamo il punto dell esempio precedente e proviamo a disegnare nel piano le prime 10 potene otteniamo: 6. Radici di un numero complesso Passiamo ora all analisi del problema inverso: se conosciamo la potena n-esima di un numero complesso, come facciamo a calcolare il numero originale? Ossia dato un numero complesso quante e quali sono le soluioni w dell equaione w n =? Se = 0 la risposta è banale: l unica soluione possibile è proprio w = 0. Supponiamo quindi che 0 e iniiamo a ragionare nel caso particolare in cui = 1. Se n = l equaione da risolvere è w = 1. Se esprimiamo l incognita in forma esponeniale otteniamo: w = w e iϕ e w = w e iϕ = 1 e i0 = 1. Dato che due numeri complessi in forma esponeniale sono uguali se e solo se i loro moduli sono uguali e i loro argomenti differiscono di un multiplo di π, abbiamo che w = 1 e ϕ = 0 + kπ con k Z. Questo vuol dire che w = 1 (il modulo è un numero reale non negativo) e i possibili argomenti di w sono ϕ = 0 + kπ = kπ con k Z. Quindi l insieme delle soluioni si scrive come wk = e ikπ : k Z }. Apparentemente questo insieme contiene infiniti elementi che dipendono dal parametro k Z. Se però esaminiamo gli elementi con più attenione ci accorgiamo che e ikπ = 1 se k è pari e e ikπ = 1 se k è dispari

10 Roberto Tauraso - Analisi ossia wk = e ikπ : k Z } = w k = e ikπ : k = 0, 1 } = 1, 1}. Così le soluioni sono esattamente e sono quelle che potevamo determinare già nell ambito dei numeri reali: w 0 = 1 e w 1 = 1. Proviamo ora a vedere cosa succede per n = 3. L equaione da risolvere è w 3 = 1 e se ripercorriamo i passaggi del caso precedente otteniamo: che equivale a w 3 = w 3 e i3ϕ = 1, w = 1 e ϕ = kπ con k Z. 3 e l insieme delle soluioni, dopo le analoghe riduioni del caso n =, si scrive come } } } w k = e ikπ 3 : k Z = w k = e ikπ 3 : k = 0, 1, = 1, e iπ 3, e i 4π 3. Dunque le soluioni sono esattamente 3: oltre a quella che ci aspettavamo dal caso reale, w 0 = 1, abbiamo ottenuto anche w 1 = e i π 3 e w = e i4π 3. Riportando i punti nel piano possiamo notare che queste soluioni stanno tutte sulla circonferena unitaria e individuano i vertici di un triangolo equilatero. w 1 w 0 w Ora dovrebbe essere chiaro cosa si ottiene per = 1 quando n è un intero positivo qualunque: le soluioni dell equaione w n = 1 sono n e precisamente } w k = e ikπ n : k = 0, 1,, 3,..., n 1 = } 1, e iπ n, e i 4π n,...,e i (n 1)π n. Nel piano questi numeri, dette radici n-esime dell unità, sono disposti ai vertici di un poligono regolare di n lati inscritto nella circonferena unitaria e con un vertice in 1.

Numeri complessi 11 Esempio 6.1 Calcoliamo le radici quarte dell unità. Risolvendo l equaione w 4 = 1 otteniamo } } w k = e ikπ 4 : k = 0, 1,, 3 = 1, e i π, e iπ, e i3π = 1, i, 1, i}. w 1 w w 0 w 3 Il caso più generale, quando è un generico numero complesso diverso da ero, si affronta nello stesso modo e la conclusione è la seguente: Radici n-esime Se = e iθ 0 allora l insieme delle soluioni dell equaione w n = è costituito da n numeri distinti dette radici n-esime di : w k = n e i( } θ n +kπ n ) : k = 0, 1,,..., n 1. Nel piano i punti corrispondenti a ogni w k sono disposti ai vertici di un poligono regolare di n lati inscritto nella circonferena di raggio n centrata in 0 e con un vertice in e i θ n. Esempio 6. Risolviamo l equaione w = 1. Si tratta di determinare le due radici quadrate del numero = 1 = e iπ : w k = e i( π +kπ) } : k = 0, 1 = i, i}. In questo caso, il poligono regolare è costituito dai due punti opposti i e i.

1 Roberto Tauraso - Analisi Esempio 6.3 Calcoliamo le radici quinte di = i = e i π : w k = 5 e i( π 10 +kπ 5 ) : k = 0, 1,, 3, 4 }. i w 0 = 5 e i π 10 Quindi otteniamo un pentagono regolare inscritto nella circonferena di raggio 5 centrata in 0. L argomento del vertice w 0 è π ossia 1 dell argomento di i che è 10 5 uguale a π. Esempio 6.4 Calcoliamo l area del poligono di vertici C : 4 = 4 } 5(1 + i). I vertici sono le radici quarte del numero 4 5(1 + i) e quindi, per quanto detto, individuano un quadrato centrato nell origine. 1 0 3 Per calcolare l area di questo quadrato è necessario sapere solo il raggio r della circonferena circoscritta ovvero il modulo delle radici: r = (4 5 1 + i ) 1/4 = (4 5 1 + ) 1/4 = (0) 1/4.

Numeri complessi 13 Quindi sapendo che il lato del quadrato è r, l area è uguale a ( r) = r = (0) 1/ = 4 5. Esempio 6.5 Calcoliamo il limite lim n p n, dove p n è il perimetro del poligono di vertici C : n = 4 n}. L equaione n = 4 n = n individua i vertici di un poligono regolare di n lati inscritto nella circonferena centrata in 0 e di raggio. Al crescere di n, il numero di lati aumenta e e la successione di poligoni tende alla circonferena in cui sono iscritto. Quindi il limite della successione dei loro perimetri è la lunghea di tale circonferena ossia 4π. 7. Equaione di secondo grado in C In quest ultima parte vogliamo discutere la risoluione di una generica equaione di secondo grado a + b + c = 0. quando i coefficienti a, b, c C (a 0). Si può verificare che la formula per determinare le soluioni nel caso reale è ancora valida nel caso complesso 1, = b ±, a dove il simbolo ± rappresenta le due radici quadrate del numero complesso = b 4ac. Quindi, a differena del caso reale, un equaione di secondo grado in C ammette sempre due soluioni (eventualmente coincidenti). Esempio 7.1 Risolviamo l equaione 4 + 4 1 i = 0: in questo caso Le due radici quadrate di i sono Quindi = b 4ac = ( 4) 4(4 1 i) = i. w 1 = e i π 4 = 1 + i e w = e i5π 4 = 1 i = w1. 1 = b + w 1 = 4 + 1 + i = 5 a + 1 i e = b w 1 = 4 1 i = 3 a 1 i. Provate a ottenere lo stesso risultato dopo aver osservato che l equaione data può essere riscritta nel seguente modo: ( ) = 1 i.

14 Roberto Tauraso - Analisi La situaione descritta per un equaione polinomiale di grado si generalia al caso di un equaione polinomiale di grado n: Teorema fondamentale dell algebra Sia P() = a n n + + a 1 + a 0 un polinomio di grado n > 0 a coefficienti in C. Allora l equaione P() = 0 ha n soluioni complesse 1,,, n (tenendo conto delle molteplicità) e inoltre Esempio 7. Risolviamo l equaione P() = a n ( 1 ) ( ) ( n ). P() = 4 + (1 i) i = 0 e poi fattoriiamo il polinomio P(). Poniamo w = : w + (1 i)w i = 0. In questo caso = (1 i) +8i = 3+4i = 5e iθ. Possiamo determinare le due radici quadrate di sena determinare θ [0, π): il numero x + iy è una radice quadrata di 3 + 4i se e solo se (x + iy) = 3 + 4i ossia se x y = 3 e xy = 4. Quindi si ricava facilmente che y = /x e risolvendo l equaione x (/x) = 3 si ottiene che x = 1 (le soluioni corrispondenti a x = 4 si scartano in quanto x è un numero reale!) ossia x = ±1. Così le radici quadrate di sono 1 + i e 1 i e le soluioni cercate sono w 1 = 1 e w = i. Dunque w + (1 i)w i = (w ( 1)) (w i) = ( + 1) ( i) = 0. Ora basta risolvere le equaioni che si ottengono uguagliando a ero i singoli fattori: = 1 e = i. Quindi le 4 soluioni dell equaione data sono: 1 = i, = i e 3 = 1 + i, 4 = 1 i Inoltre, il polinomio dato può essere fattoriato nel seguente modo P() = 4 + (1 i) i = ( i) ( + i) ( 1 i) ( + 1 + i).

Numeri complessi 15 Esempio 7.3 Determiniamo il numero di soluioni distinte dell equaione P() = ( 4 1) ( 3 1) = 0. Il polinomio P() ha grado 4 +3 = 11 quindi per il teorema fondamentale dell algebra ci aspettiamo 11 soluioni (non necessariamente distinte). Il fattore ( 4 1) ha quattro eri distinti ciascuno con molteplicità : 1, i, 1, i. Il fattore ( 3 1) ha tre eri distinti ciascuno con molteplicità 1: 1, ( 1 + i 3)/, ( 1 i 3)/. Quindi l insieme delle soluioni dell equaione P() = 0 è: e il numero dei suoi elementi è 6. 1, i, 1, i, ( 1 + i 3)/, ( 1 i } 3)/ Esempio 7.4 Data l equaione P() = 3 5 + 4 + 10 = 0 e sapendo che 1 = 1 è una delle soluioni, determinamo le soluioni rimanenti. Dato che P( 1) = 0 allora il polinomio P() è divisibile per + 1. Si verifica che il quoiente della divisione è Q() = 6 + 10 e quindi le soluioni rimanenti di P() = 0 sono gli eri del polinomio Q() ossia = 3 + i e 3 = 3 i. Esempio 7.5 Determiniamo il perimetro e l area del poligono i cui vertici soddisfano l equaione P() = ( + 10) ( 6 + 13) = 0. Le soluioni del polinomio di quarto grado P() sono ottenute risolvendo i due fattori di secondo grado: 1 = 1 + 3i, = 1 3i e 3 = 3 + i, 4 = 3 i. Le due coppie di numeri complessi coniugati individuano i vertici di un trapeio:

16 Roberto Tauraso - Analisi 1 3 4 Calcoliamo le lunghee dei lati 1 = 6i = 6, 1 3 = 4 = + i = 5, 3 4 = 4i = 4 quindi il perimetro è 10 + 5. L area invece è uguale a 1 ( 1 + 3 4 ) Re( 3 1 ) = 1 (6 + 4) 3 1 = 10.