Logga in
Denna lektion introducerar konceptet med komplexa tal, som inkluderar både reella och imaginära tal. Komplexa tal, som kan skrivas i formen a + bi, har både en realdel (a) och en imaginärdel (b). Imaginära tal introducerades under 1600-talet för att lösa ekvationer som inte hade lösningar inom de reella talen. Dessa tal har en rad användningar inom olika matematiska och vetenskapliga discipliner, inklusive fysik och ingenjörsvetenskap. Lektionenen förklarar också hur man kan använda en räknare för att utföra beräkningar med komplexa tal.
| | 10 sidor teori |
| | 14 Uppgifter - Nivå 1 - 3 |
| | Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet. |
Finns det något tal som multiplicerat med sig självt ger - 1? Bland de reella talen, dvs. de som ligger på tallinjen, är svaret nej. Men på 1600-talet utvidgade man matematiken med andra sorters tal, vars kvadrater är negativa. Då infördes den imaginära enheten i: i^2 = - 1. Med hjälp av den definitionen kan man bestämma kvadratroten av vilket negativt tal som helst, och resultatet kallas ett imaginärt tal. Man kan se det som att minustecknet under roten blir ett i, och sedan tar man roten ur som vanligt.
sqrt(- a)=sqrt(a) * i
Villkor: a > 0
Talet i definieras som ett tal vars kvadrat är -1.
i^2=- 1
Ett imaginärt tal är ett tal på formen bi, där b är ett reellt tal skilt från noll, och i är den imaginära enheten. Kvadraten av ett imaginärt tal ger ett negativt reellt tal. En följd av detta är att roten ur ett negativt tal är imaginärt, t.ex. är
sqrt(-25)=sqrt(25i^2)=sqrt((5i)^2)=5iLös ekvationen x^2+16=0.
Nu har vi kvadratroten ur ett negativt tal i högerledet, så rötterna blir imaginära.
Ekvationens lösningar är alltså x=- 4i och x=4i.
Skriv om varje givet rotuttryck med hjälp av den imaginära enheten i. Skriv svaret på formen asqrt(b)* i, där a är ett heltal skilt från noll och b är ett naturligt tal sådant att sqrt(b) inte kan förenklas vidare.
Ett komplext tal består av en realdel och imaginärdel. Namnet kommer inte från att talet är komplicerat utan från att det är ett komplex, alltså en sammansättning av flera delar. Adderar man t.ex. det reella talet 5 till det imaginära talet 8i får man det komplexa talet 5 + 8i. Generellt kan ett komplext tal skrivas på formen z = a + bi, där både a och b är reella tal. Detta kallas rektangulär form, eller ibland kartesisk form. Komponenterna a och b kallas för talets real- respektive imaginärdel. Realdelen av 5 + 8i är alltså 5 medan imaginärdelen är 8.
Om z = a + bi
är Re(z) = a och Im(z) = b.
Vi börjar med det första talet, z_1 = 3 + 2i. Talets realdel är den term som inte innehåller ett i, vilket är 3. Imaginärdelen är den andra termen fast utan i:et, dvs. 2. Vi får alltså Re(z_1) = 3 och Im(z_1) = 2. För det andra komplexa talet, z_2 = -10 + i, står det inget framför i. Det finns dock en underförstådd etta, eftersom det finns ett i. Man kan alltså skriva talet som z_2 = -10 + 1i, vilket ger Re(z_2) = -10 och Im(z_2) = 1. I det sista talet, z_3 = 7 - 6i, står det ett minustecken mellan 7 och 6i. Om vi skriver om talet på rektangulär form, a + bi, ser vi att minustecknet är en del av imaginärdelen: z_3 = 7 + (-6)i. Då är Re(z_3) = 7 och Im(z_3) = -6.
Om man byter tecken på imaginärdelen av ett komplext tal får man dess komplexkonjugat. Det brukar anges med ett rakt streck över talet som konjugeras.
a+bi = a-bi
Du kan aktivera och använda funktioner för komplexa tal genom att följa dessa steg.
a+bi.
Med det valet kan sqrt(- 1) beräknas utan problem.
CPX, hittar man verktyg för beräkningar med komplexa tal.
De första tre funktionerna används för att beräkna ett komplext tals komplexkonjugat, realdel respektive imaginärdel. Talet i hittar man på räknarens punktknapp (2ND + .).
Kvadratroten ur ett negativt tal är imaginärt. Man får samma värde som om man drar roten ur det positiva talet, fast med den imaginära enheten i efter roten. Man får därför sqrt(- 4) = sqrt(4) * i = 2i.
På samma sätt som i förra uppgiften blir roten ur det negativa talet lika med roten ur motsvarande positiva tal, multiplicerat med den imaginära enheten:
sqrt(- 9) = sqrt(9) * i = 3i.
Definitionen av den imaginära enheten är att i^2 = - 1, vilket också kan skrivas som i = sqrt(-1). Det går också bra att tänka som i tidigare uppgifter och få
sqrt(- 1) = sqrt(1) * i = i.
Vi gör på samma sätt igen och drar roten ur det positiva talet, multiplicerat med i:
sqrt(- 100) = sqrt(100) * i = 10i.
Realdelen är den del som inte multipliceras med i, vilket är 2. Imaginärdelen är den del som multipliceras med i, fast utan själva i:et, alltså 3. Vi skriver realdelen för z som Re(z) = 2 och imaginärdelen som Im(z) = 3.
I det här talet är den imaginära delen negativ, vilket inte får missas. Vi får därför Re(z) = 4 och Im(z) =- 2.
Nu är det realdelen som är negativ, och tänk på att framför i är det nu en "underförstådd" etta. Därmed är Re(z) = - 2 och Im(z) = 1.
Här finns det ingen realdel, vilket är samma sak som att den är 0. Alltså är Re(z) = 0 och Im(z) = 4.
Nu finns det istället ingen imaginärdel, den är alltså 0. Vi får då Re(z) = 7 och Im(z) = 0.
Vi dividerar båda leden med 2 och tar sedan roten ur dessa. Vi använder då att roten ur -36 är detsamma som roten ur 36 multiplicerat med den imaginära enheten i. Eftersom vi tar roten ur ett negativt tal, kommer ekvationens lösningar vara imaginära.
Ekvationen har lösningarna x=6i och x=-6i.
Vi börjar med att subtrahera 11 från båda led, och dividerar de därefter med 2.
Vi tar nu roten ur båda led, och använder att roten ur -225 är samma sak som roten ur 225 multiplicerat med i.
Till att börja med subtraherar vi 7,5 från båda led. Vi multiplicerar sedan leden med 2.
Till sist tar vi roten ur båda led.
Komplexa tal har alltid en real- och en imaginärdel, men behöver inte alltid skrivas på formen a+bi. Använd räknarens funktioner för att bestämma realdel och imaginärdel av 2^i till 5 decimaler, och avgör vilken som är störst.
Räknarens funktioner för att beräkna ett komplext tals real- och imaginärdel hittar vi genom att trycka på knappen MATH och gå till fliken CPX
. Vi genomför sedan följande beräkningar på räknaren.
Vid avrundning till 5 decimaler får vi sedan Re(2^i) ≈ 0,76924 och Im(2^i) ≈ 0,63896. Realdelen är alltså störst.
Vi drar roten ur båda sidor, vilket ger ett imaginärt tal i högerledet. Vi flyttar sedan över den reella konstanttermen från vänsterledet, vilket ger ett komplex tal.
Ekvationen har alltså lösningarna x=3+9i och x=3-9i.
Vi löser först ut parentesen innan vi drar roten ur båda led och gör på samma sätt som tidigare.
Vi gör på samma sätt som tidigare. Tänk på att om man byter tecken på en term som har tecknet ± framför sig så ändras inte den termen. Minustecknet blir visserligen ett plustecken och vice versa, men resultatet är detsamma.
Realdelen för ett komplext tal är det som inte är multiplicerat med i, medan imaginärdelen är det som är multiplicerat med i. När vi adderar realdelen med imaginärdelen gånger i får vi alltså talet. Det blir då z = 3 + 1i = 3 + i. För att hitta komplexkonjugatet z behöver vi nu endast byta tecken på imaginärdelen för z. Vi får då z = 3 - i.
I det här fallet är imaginärdelen negativ, vilket vi inte får glömma när vi bestämmer z. Talet blir z = 1 - 2i, och genom att byta imaginärdelens tecken får vi komplexkonjugatet z = 1 + 2i.
För det här talet är imaginärdelen 0, vilket innebär att det inte finns någon term med i. Vi får därmed talet z = 9001. När vi nu byter tecken på imaginärdelen, som är 0, för att få komplexkonjugatet blir det också z = 9001.
Skriv om ekvationen så att ena ledet är lika med 0. Lös sedan ekvationen med pq-formeln.
Vi använder nu att roten ur -16 är lika med roten ur 16 multiplicerat med den imaginära enheten i.
Ekvationerna har alltså två komplexa lösningar: x=-2+4i och x=-2-4i.
Även här skriver vi om ekvationen så ena ledet är lika med 0. Vi dividerar sedan båda led med 2 och löser ekvationen med pq-formeln.
Ekvationen har lösningarna x=3+5i och x=3-5i.
Vi börjar ännu en gång med att skriva om ekvationen så att ena ledet är lika med 0.
Vi dividerar nu ekvationerna med 3 och löser sedan ekvationen med pq-formeln.
Lösningarna är x=1+12i och x=1-12i.