Números complejos: Operaciones en forma polar (1ºBach)

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Tabla de contenidos

1 Multiplicación de números complejos en forma polar
2 Potencias de números complejos en forma polar
- 2.1 Fórmula de Moivre
3 División de números complejos en forma polar
4 Radicación de números complejos en forma polar

Multiplicación de números complejos en forma polar

Producto de complejos en forma polar

El producto de dos numeros complejos en forma polar es otro complejo en forma polar cuyo módulo es el producto de los módulos y el argumento la suma de los argumentos de los respectivos complejos.

$r_\alpha \cdot s_\beta=(r \cdot s)_{\alpha + \beta}$

Demostración:

Expresando los complejos en forma trigonométrica: $r_\alpha = r \, (cos \, \alpha + i \, sen \, \alpha) \, , \quad s_\beta = s \, (cos \, \beta + i \, sen \, \beta)$

$r_\alpha \cdot s_\beta=r \, (cos \, \alpha + i \, sen \, \alpha) \cdot s \, (cos \, \beta + i \, sen \, \beta)=$

$=r \cdot s \, [cos \alpha \, \cos \beta + i \, cos \alpha \, sen \beta + i \, sen \, \alpha \, cos \, \beta + i^2 \, sen \, \alpha \, sen \, \beta ]=$

$=r \cdot s \, [cos \alpha \, \cos \beta - sen \, \alpha \, sen \, \beta+ i \, ( cos \alpha \, sen \beta + sen \, \alpha \, cos \, \beta )]=$

$=r \cdot s \, [cos (\alpha + \beta ) + i \, sen \, ( \alpha + \beta )]=(r \cdot s)_{\alpha + \beta}$

Producto y cociente de números complejos en forma polar (10´34") Sinopsis:

Videotutorial.

Ejemplo:

$2_{30^\circ} \cdot 3_{60^\circ}=(2 \cdot 3)_{30^\circ + 60^\circ}=6_{90^\circ}$

Multiplicación de complejos en forma polar Descripción:

En esta escena podrás ver como se representan la multiplicación de números complejos en forma polar.

Potencias de números complejos en forma polar

Potencia de un complejo en forma polar

La potencia n-ésima de un compejo se obtiene de la siguiente manera:

$(r_\alpha)^n =(r^n)_{n \cdot \alpha}$

Demostración:

La potencia n-ésima de un compejo es el resultado de multiplicar dicho complejo por sí mismo n veces, por tanto, aplicando la fórmula del producto:

$(r_\alpha)^n =(r_\alpha) \cdot (r_\alpha) \cdot \cdots \cdot (r_\alpha)=(r \cdot r \cdots r)_{( \alpha + \alpha + \cdots + \alpha )}=(r^n)_{n \cdot \alpha}$

Ejemplo:

$(2_{30^\circ})^3 =(2^3)_{3 \cdot 30^\circ}=8_{90^\circ}$

Potencias de números complejos en forma polar (7´35") Sinopsis:

Videotutorial.

Ejercicio (Potencias sucesivas de la unidad imaginaria) (7´05") Sinopsis:

Videotutorial.

3 ejercicios (7´17") Sinopsis:

Videotutorial.

Actividad: Potencias de complejos en forma polar Descripción:

Efectúa las siguientes potencias de complejos en forma polar y compruébalo en la escena:

a) $(1_{60^\circ})^4$ b) $(3_{90^\circ})^2$ c) $(2_{120^\circ})^3$ d) $(1_{45^\circ})^6$

Mueve los puntos azules o, con el botón derecho sobre ellos, elige "Redefine" del menú contextual, para modificar los valores de los números complejos.

Fórmula de Moivre

Fórmula de Moivre

$(cos \, \alpha + i \, sen \, \alpha)^n=cos \, (n \, \alpha) + i \, sen \, (n \, \alpha)$

Esta fórmula debe su nombre al matemático francés Abraham de Moivre (1667-1754).

Demostración:

Basta aplicar la fórmula de la potencia de un complejo en forma polar y tener en cuenta la forma trigonométrica de un número complejo:

$(cos \, \alpha + i \, sen \, \alpha)^n=(1_\alpha)^n=(1^n)_{n \cdot \alpha}=1_{n \cdot \alpha}=cos \, (n \, \alpha) + i \, sen \, (n \, \alpha)$

División de números complejos en forma polar

División de complejos en forma polar

La división de dos numeros complejos en forma polar es otro complejo en forma polar cuyo módulo es el cociente de los módulos y el argumento la diferencia de los argumentos de los respectivos complejos.

$\cfrac{r_\alpha}{s_\beta}=\Big( \cfrac{r}{s} \, \Big)_{\alpha - \beta}$

Demostración:

Producto y cociente de números complejos en forma polar (10´34") Sinopsis:

Videotutorial.

Ejemplo:

$6_{60^\circ} : 3_{45^\circ}=\Big( \cfrac{6}{3} \, \Big)_{60^\circ - 45^\circ}=2_{15^\circ}$

Actividad: División de complejos en forma polar Descripción:

Efectúa las siguientes divisiones de complejos en forma polar y compruébalo en la escena:

a) $5_{150^\circ} : 2_{30^\circ}$

b) $6_{225^\circ} : 3_{75^\circ}$

Mueve el punto azul o, con el botón derecho sobre él, elige "Redefine" del menú contextual, para modificar el valor del número complejo.

Modifica el exponente con el deslizador verde.

Radicación de números complejos en forma polar

Un número complejo $w \,$ es una raíz n-ésima de otro complejo $z \,$ si se cumple que $w^n=z \,$ .

Raíces de un complejo

Un número complejo $z=R_A \,$ tiene exactamente n raíces n-ésimas $w=r_\alpha \,$ , que se obtienen de la siguiente manera:

$r_\alpha : \begin{cases} r=\sqrt[n]{R} \\ \alpha=\cfrac{A+2k \pi}{n}\, , \quad k=0,1,\cdots,(n-1) \end{cases}$

Demostración:

Por la definición de raíz n-ésima:

$\sqrt[n]{z}=w \iff z=w^n \iff (R_A)=(r_\alpha)^n \iff R_A=(r^n)_{n \, \alpha}$

Igualando módulos ya rgumentos:

$R_A=(r^n)_{n \, \alpha} \iff \begin{cases} r^n=R \iff r=\sqrt[n]{R} \\ n \, \alpha = A + 2k \pi \iff \alpha=\cfrac{A+2k \pi}{n}\, , \quad k=0,1,\cdots,(n-1) \end{cases}$

A partir de k=n, los ángulos que se obtienen son coterminales con los ya obtenidos.

Ejemplo: Raíces de un complejo

Calcula: $\sqrt[3]{1+i}$ :

Solución:

Primero pasamos el complejo $z=1+i\,$ a forma polar:

$|z|=\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt{2}$
$arg(z)=arctg \, \cfrac{1}{1}=45^\circ$

Así, $z=1+i=(\sqrt{2})_{45^\circ}$

Ahora procedemos a calcular sus 3 raíces cubicas:

$\sqrt[3]{(\sqrt{2})_{45^\circ}}=r_\alpha$ , siendo $\begin{cases} r=\sqrt[3]{\sqrt{2}} \\ \alpha=\cfrac{45^\circ +2k \pi}{3}\, , \quad k=0,1,2 \end{cases}$

De donde $r_\alpha : \begin{cases} r=\sqrt[6]{2} \\ \alpha= 15^\circ \, , \quad 135^\circ \, , \quad 257^\circ \end{cases}$

Soluciones:

$(\sqrt[6]{2})_{15^\circ} \, , \quad (\sqrt[6]{2})_{135^\circ} \, , \quad (\sqrt[6]{2})_{257^\circ}$

Radicación de números complejos expresados en forma polar (6´07") Sinopsis:

Videotutorial.

Ejercicios:Radicación de números complejos expresados en forma polar

2 ejercicios (Raíces sextas de -64 y de 64) (12´01") Sinopsis:

Videotutorial.

2 ejercicios (Raíces cúbicas de 1 y de -1) (7´03") Sinopsis:

Videotutorial.

2 ejercicios (Raíces cuartas de 1 y de -1) (5´07") Sinopsis:

Videotutorial.

Actividad interactiva: Raíces de complejos en forma polar

Calcula las siguientes raíces de complejos en forma polar y compruébalo en la escena:

a) $\sqrt{4_{90^\circ}}$ b) $\sqrt[3]{8_{120^\circ}}$ c) $\sqrt[5]{5_{270^\circ}}$ d) $\sqrt[4]{6_{120^\circ}}$

Actividad:

Mueve el punto azul o, con el botón derecho sobre él, elige "Redefine" del menú contextual, para modificar el valor del número complejo.

Modifica el índice de la raíz con el deslizador verde.

Click aquí si no se ve bien la escena

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Categorías: Matemáticas | Geometría | Números

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 ==Potencias de números complejos en forma polar==

Números complejos: Operaciones en forma polar (1ºBach)

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Multiplicación de números complejos en forma polar

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