Objetivos de aprendizaje
En esta sección, podrá:
- Graficar números complejos en el plano complejo.
- Hallar el valor absoluto de un número complejo.
- Escribir números complejos en forma polar.
- Convertir un número complejo de forma polar a rectangular.
- Hallar productos de números complejos en forma polar.
- Hallar cocientes de números complejos en forma polar.
- Hallar potencias de números complejos en forma polar.
- Hallar raíces de números complejos en forma polar.
"Dios hizo los números enteros; todo lo demás es obra del hombre”. Esta célebre cita del matemático alemán del siglo XIX Leopold Kronecker sienta las bases de esta sección sobre la forma polar de un número complejo. Los números complejos fueron inventados por personas y representan más de mil años de investigación y lucha continúa por parte de matemáticos como Pitágoras, Descartes, De Moivre, Euler, Gauss y otros. Los números complejos respondieron a preguntas que durante siglos habían desconcertado a las mentes más brillantes de la ciencia.
La primera vez que vimos los números complejos fue en la sección Números complejos. En esta sección, nos centraremos en la mecánica de trabajo con los números complejos: conversión de números complejos de la forma polar a la forma rectangular y viceversa, interpretación de números complejos en el esquema de aplicaciones y aplicación del teorema de Moivre.
Graficar números complejos en el plano complejo.
Trazar un número complejo es similar a trazar un número real, excepto que el eje horizontal representa la parte real del número, y el eje vertical representa la parte imaginaria del número,
Cómo
Dado un número complejo trácelo en el plano complejo.
- Marque el eje horizontal como eje real y el eje vertical como eje imaginario.
- Trace el punto en el plano complejo moviendo las unidades de en la dirección horizontal y las unidades de en la dirección vertical.
Ejemplo 1
Trazar un número complejo en el plano complejo
Trace el número complejo en el plano complejo.
Solución
Desde el origen, muévase dos unidades en la dirección horizontal positiva y tres unidades en la dirección vertical negativa. Vea la Figura 1.
Inténtelo #1
Trace el punto en el plano complejo.
Hallar el valor absoluto de un número complejo
El primer paso para trabajar con un número complejo en forma polar es calcular el valor absoluto. El valor absoluto de un número complejo es igual a su magnitud, o Mide la distancia del origen a un punto en el plano. Por ejemplo, el gráfico de en la Figura 2, muestra
Valor absoluto de un número complejo
Dado un número complejo, el valor absoluto de se define como
Es la distancia del origen al punto
Observe que el valor absoluto de un número real da la distancia del número desde 0, mientras que el valor absoluto de un número complejo da la distancia del número desde el origen,
Ejemplo 2
Hallar el valor absoluto de un número complejo con un radical
Halle el valor absoluto de
Solución
Inténtelo #2
Halle el valor absoluto del número complejo
Ejemplo 3
Hallar el valor absoluto de un número complejo
Dados halle
Solución
Inténtelo #3
Dados halle
Escribir números complejos en forma polar
La forma polar de un número complejo expresa un número en términos de un ángulo y su distancia desde el origen Dado un número complejo en forma rectangular expresado como utilizamos las mismas fórmulas de conversión que para escribir el número en forma trigonométrica:
Revisamos estas relaciones en la Figura 5.
Usamos el término módulo para representar el valor absoluto de un número complejo o la distancia desde el origen al punto El módulo, entonces, es el mismo que el radio en forma polar. Usamos para indicar el ángulo de dirección (igual que con las coordenadas polares). Al sustituir, tenemos
Forma polar de un número complejo
Escribir un número complejo en forma polar implica las siguientes fórmulas de conversión:
Al hacer una sustitución directa, tenemos
donde es el módulo y es el argumento. A menudo utilizamos la abreviatura para representar
Ejemplo 4
Expresión de un número complejo mediante coordenadas polares
Exprese el número complejo mediante coordenadas polares.
Solución
En el plano complejo, el número es lo mismo que Al escribirlo en forma polar, tenemos que calcular primero.
A continuación, examinamos Si y entonces En coordenadas polares, el número complejo se puede escribir como o Vea la Figura 6.
Inténtelo #4
Exprese como en forma polar.
Ejemplo 5
Hallar la forma polar de un número complejo
Halle la forma polar de
Solución
Primero, halle el valor de
Halle el ángulo mediante la fórmula:
Así, la solución es
Inténtelo #5
Escriba en forma polar.
Conversión de un número complejo de la forma polar a la rectangular
Convertir un número complejo de la forma polar a la rectangular es cuestión de evaluar lo que se da y utilizar la propiedad distributiva. En otras palabras, dado que primero evalúe las funciones trigonométricas y Entonces, multiplique por
Ejemplo 6
Conversión de la forma polar a la rectangular
Convierta el número complejo dado de la forma polar a la rectangular:
Solución
Para comenzar evaluamos las expresiones trigonométricas.
Después de la sustitución, el número complejo es
Aplicamos la propiedad distributiva:
La forma rectangular del punto dado en forma compleja es
Ejemplo 7
Hallar la forma rectangular de un número complejo
Halle la forma rectangular del número complejo dado y
Solución
Si y primero determinamos Hallamos entonces que y
La forma rectangular del número dado en forma compleja es
Inténtelo #6
Convierta el número complejo en forma rectangular:
Hallar productos de números complejos en forma polar
Ahora, que podemos convertir los números complejos a la forma polar, aprenderemos a realizar operaciones con los números complejos en forma polar. En el resto de esta sección trabajaremos con fórmulas desarrolladas por el matemático francés Abraham De Moivre (1667-1754). Estas fórmulas han hecho que trabajar con productos, cocientes, potencias y raíces de números complejos sea mucho más sencillo de lo que parece. Las reglas se basan en la multiplicación de los módulos y la suma de los argumentos.
Productos de números complejos en forma polar
Si los valores de y entonces el producto de estos números se da como:
Observe que el producto exige multiplicar los módulos y sumar los ángulos.
Ejemplo 8
Hallar el producto de dos números complejos en forma polar
Halle el producto de dado que y
Solución
Siga la fórmula
Hallar cocientes de números complejos en forma polar
El cociente de dos números complejos en forma polar es el cociente de los dos módulos y la diferencia de los dos argumentos.
Cocientes de números complejos en forma polar
Si los valores de y entonces el cociente de estos números es
Observe que los módulos se dividen y los ángulos se restan.
Cómo
Dados dos números complejos en forma polar, calcule el cociente.
- Divida
- Halle
- Sustituya los resultados en la fórmula: Sustituya con y sustituya con
- Calcule las nuevas expresiones trigonométricas y multiplique por
Ejemplo 9
Hallar el cociente de dos números complejos
Halle el cociente de y
Solución
Con la fórmula tenemos
Inténtelo #7
Halle el producto y el cociente de y
Hallar potencias de números complejos en forma polar
El cálculo de potencias de números complejos se simplifica enormemente con el teorema de Moivre. Establece que, para un número entero positivo se calcula elevando el módulo a potencia y multiplicando el argumento por Es el método estándar utilizado en las matemáticas modernas.
Teorema de Moivre
Si los valores de es un número complejo, entonces
donde es un número entero positivo.
Ejemplo 10
Evaluación de una expresión mediante el teorema de Moivre
Evalúe la expresión mediante el teorema de Moivre.
Solución
Como el teorema de Moivre se aplica a números complejos escritos en forma polar, debemos escribir primero en forma polar. Hallemos
Luego calculamos Si utilizamos la fórmula da como resultado
Use el teorema de Moivre para evaluar la expresión.
Hallar raíces de números complejos en forma polar
Para hallar la raíz enésima de un número complejo en forma polar, usamos el o teorema de Moivre y se eleva el número complejo a una potencia con exponente racional. Hay varias maneras de representar una fórmula para hallar de números complejos en forma polar.
El teorema de raíz a la n
Para calcular la de un número complejo en forma polar, use la fórmula dada
donde Añadimos con para obtener las raíces periódicas.
Ejemplo 11
Hallar la raíz enésima de un número complejo
Evaluar las raíces cúbicas de
Solución
Tenemos
Habrá tres raíces: Cuando tenemos
Cuando tenemos
Cuando tenemos
Recuerde hallar el denominador común para simplificar las fracciones en situaciones como esta. Para la simplificación del ángulo es
Inténtelo #8
Halle las cuatro raíces cuartas de
Media
Acceda a estos recursos en línea para obtener más información y practicar formas polares de números complejos.
8.5 Ejercicios de sección
Verbal
¿Qué representa el valor absoluto de un número complejo?
¿Cómo se calcula el producto de dos números complejos?
Algebraicos
En los siguientes ejercicios, halle el valor absoluto del número complejo dado.
En los siguientes ejercicios, escriba el número complejo en forma polar.
En los siguientes ejercicios, convierta el número complejo de forma polar a rectangular.
En los siguientes ejercicios, calcule en forma polar.
En los siguientes ejercicios, calcule en forma polar.
En los siguientes ejercicios, calcule las potencias de cada número complejo en forma polar.
Calcule cuando
Calcule cuando
Calcule cuando
En los siguientes ejercicios, evalúe cada raíz.
Evalúe la raíz cuadrada de cuando
Evalúe la raíz cuadrada de cuando
Gráficos
En los siguientes ejercicios, trace el número complejo en el plano complejo.
En tecnología
En los siguientes ejercicios, calcule todas las respuestas redondeadas a la centésima más cercana.
Utilice la función de rectangular a polar de la calculadora gráfica para cambiar a la forma polar.
Utilice la función de rectangular a polar de la calculadora gráfica para cambiar a la forma polar.
Utilice la función de rectangular a polar de la calculadora gráfica para cambiar a la forma polar.
Utilice la función de polar a rectangular de la calculadora gráfica para cambiar a la forma rectangular.
Utilice la función de polar a rectangular de la calculadora gráfica para cambiar a la forma rectangular.
Utilice la función de polar a rectangular de la calculadora gráfica para cambiar a la forma rectangular.