Матеріали до лекцій з теми “Комплексні числа”

1.У багатьох розділах математики та її застосуваннях неможливо обмежетись розглядом лише дійсних чисел. Вже досить давно під час розв’язування різних задач виникла потреба добувати квадратний корень з від’їмних чисел. Але чисел, які піднесені до квадрату дають від’ємні числа, тоді не знали і тому вважали, що квадратні корені з від’ємних чисел не існують, тобто задачі, які до них приводять, не мають розв’язків. Зокрема, так було під час розв’язування квадратних рівнянь з від’ємним дискримінантом, наприклад:

х² - 4х + 10 = 0 х₁,₂=2±-6.

тому природно постало питання про розширення множини дійсних чисел, прєданням до неї нових так, щоб у розширеній множині крім чотирьох арифметичних дій – додавання, віднімання, множення і ділення (за вийнятком ділення на нуль), можна було виконувати дію добування кореня. Це питання було успішно розв’язано лише у ХІХ сторіччі. Відповідно до прийнятих в математиці принципів розширення поняття числа при розширенні множини дійсних чисел мають задовільнятися такі вимоги:

1)озачення нових чисел мусить спиратися на поняття дійсного числа, і нова множина має містити всі дійсні числа;

2)для нових чисел повині виконуватись п’ять законів прямих арифметичних чисел (пригадайте ці закони);

3)у новій числовій множині мусить мати розв’язок рівняння

х²=-1.

Оскільки існує вимога, щоб у новій числовій множині рівняння х²=-1 мало розв’язок, необхідно внести деяке нове число, вважаючи його розв’язком цього рівняння. Число, квадрат якого дорівнює –1, позначають буквою і і називають уявною одиницею (і – перша буква латинського слова imaginarius – уявний). Підкреслимо, що рівність і²=-1 приймається за означенням і не доводиться. До нової множини мають належати числа виду bί (добуток дійсного числа на уявну одиницю) і числа виду a + bί (сумма дійсного числа a та добуток дійсного числа b на уявну одиницю).

Отже, нова множина множина чисел повина містити всі числа виду a + bί.Числа виду a + bί, де a і b – довільні дійсні числа, аί – уявна одиниця називають комплексними. Слово “комплексний” означає складений. Число a називають дійсною частиною числа a + bί , а вираз bί – уявною.

Число називають коефіцієнтом при уявній частині. Наприклад, у числі 6 + 7ί дійсна частина 6, уявна 7. Коефіціент при уявній частині дорівнює 7. Дійсною частиною числа 0 + 3ίє число нуль, а уявною – вираз 3ί; коефіцієнт при уявній частині дорівнює 3. Числа виду a + 0ί ототожнюються з дійсними числами, а саме вважають, що a + 0ί=a. Таким чином виконується обов’язкова для будь – якого розширення поняття числа вимога, щоб попередній числовий “запас” входив до нової числової множини як її частина. Множина дійсних чисел є частиною (підмножиною) множини комплексних чисел. Відповідно до вимог, що ставляться при будь – якому розширення поняття числа, при побудові множини комплексних чисел треба ввести за означенням умову рівності цих чисел і правила виконання прямих дій – додавання і множення.

Два комплексних числа a + bί і c + dίрівні між собою тоді і тільки тоді, коли a = c і b=d, тобто коли рівні їх дійсні частини і коефіцієнти при уявних частинах.

Поняття “більше” і “менше” для комплексних чисел не має смислу. Ці числа за величиною не порівнюють. Тому не можна, наприклад, сказати, яке з двох комплексних чисел більше 10ί чи 3ί, 2+5ί чи 5+2ί.

Важливим є поняття про спяжені комплексні числа. Числа a + bί і a - bί, дійсні частини яких рівні, а коефіцієнти при уявих частинах рівні за модулем, але протилежні за знаком, називають спряженими. Можна сказати простіше: числа a + bί і a - bί, які відрізняються лише знаком уявної частини, називають спряженими.

Наприклад, спряженими є комплексні числа 4+3ί та 4-3ί; 2-ί та 2+ί; -8+7ί та –8-7ί;-5-ί та –5+ί. Якщо дане число 6ί, то спряженим до нього є –6ί. До числа 11 спряженим буде 11, бо 11+0ί=11-0ί.