Кольоровий логотип House of Math
Увійти

Оскiльки ми вже познайомилися з нормою r та аргументом 𝜃, всi комплекснi числа z=a+bi можна записати у виглядi

z=r(cos𝜃+isin𝜃).

Цей вираз використовується для перезаписування комплексних чисел шляхом переведення їх iз тригонометричної форми запису в алгебраїчну форму запису.

Комплексне число, зображене у виглядi прямокутного трикутника.

Якщо записати комплекснi числа у цiй формi, можна визначити показнику форму комплексного числа, яку часто називають формулою Ейлера.

Теорiя

Формула Ейлера

Для комплексного числа z iз нормою r та аргументом 𝜃 показникова форма запису визначається так:

z=rei𝜃=r(cos𝜃+isin𝜃).

Для записування комплексного числа у показниковiй формi аргумент числа z зазначають у показнику степеня разом з уявною одиницею i, а норму числа z множать на показникову функцiю. Формула Ейлера — це важлива зв’язувальна ланка мiж показовою функцiєю та тригонометричними функцiями.

Приклад 1

Перепиши число z=eiπ в алгебраїчнiй формi

Норма r комплексного числа z — це число попереду показникової функцiї. Для z маємо r=1. Аргумент 𝜃 комплексного числа z – це число, яке стоїть разом з i у показнику степеня. Для z маємо 𝜃=π. Якщо скористатися формулою Ейлера, можна записати комплексне число z в алгебраїчнiй формi z=a+bi, де

a=rcos𝜃=cosπ=1,b=rsin𝜃=sinπ=0.

Це означає, що z=eiπ=1.

Результат, який показав Приклад 1, часто називають тотожнiстю Ейлера. Ця вiдома тотожнiсть пов’язує π, i, e та 1.

Показникова форма запису комплексних чисел — це компактний спосiб подати комплексне число z. Формулу Ейлера можна використовувати для подання комплексних чисел в тригонометричнiй формi. Оскiльки всi комплекснi числа можна записати в тригонометричнiй формi, всi комплекснi числа також можна записати в показниковiй формi.

Приклад 2

Запиши z=3i в тригонометричнiй формi, використовуючи формулу Ейлера

Щоб скористатися формулою Ейлера, нам потрiбна норма та аргумент z. Щоб знайти норму комплексного числа z, послугуємося теоремою Пiфагора:

r=(3)2+(1)2=3+1=2.

Потiм можна знайти аргумент комплексного числа z за допомогою косинуса:

𝜃=cos1(32)𝜃=π6or𝜃=11π6.

Оскiльки дiйсна частина z додатна, а уявна частина z вiд’ємна, z лежить у четвертому квадрантi комплексної площини. Отже, аргумент комплексного числа z дорiвнює 𝜃=11π6.

Тепер, коли нам вiдома норма та аргумент z, можна записати z у показниковiй формi:

z=rei𝜃=2e11π6i.

Коли ми виконуємо обчислення з показниковою функцiєю з комплексним показником, можна послугуватися правилами пiднесення до степеня:

Правило

Показова функцiя з комплексним показником

Для кожного комплексного числа z=a+bi експонента дорiвнює

ez=ea+bi=eaebi=ea(cosb+isinb).

ez=ea+bi=eaebi=ea(cosb+isinb).

Коли ми пiдносимо e до степеня, що є комплексним числом z=a+bi, ми отримуємо нове комплексне число з нормою ea та аргументом b.

Приклад 3

Знайди w=ez для комплексного числа z=3+iπ

Знаходимо w, використовуючи правило показникової функцiї з комплексним показником:

w=ez=e3+iπ=e3eiπ=e3(1)=e3.

w=ez=e3+iπ=e3eiπ=e3(1)=e3.

Тут тотожнiсть Ейлера використовується для переписування eiπ=1.

Помiркуй

Попри те що тригонометрична та алгебраїчна форми запису комплексних чисел є еквiвалентними способами запису того самого числа z, цi два методи подання комплексних чисел мають рiзнi переваги та недолiки. Додавати та вiднiмати комплекснi числа простiше, якщо числа записанi в алгебраїчнiй формi. Множити й дiлити комплекснi числа простiше, якщо числа записанi в тригонометричнiй формi. Тому дуже важливо опанувати обидва методи подання комплексних чисел i вмiти перемикатися мiж ними залежно вiд того, який метод запису годиться найкраще.

Бажаєш дізнатися більше?ЗареєструйсяЦе безплатно!