Sistemi e Tecnologie della Comunicazione Complementi 1: numeri complessi I numeri complessi La definizione dei numeri complessi nasce dalla esigenza di trovare una soluzione alla equazione: x 1 2 che non ha soluzione nel campo dei numeri reali L’utilizzo dei numeri complessi si rivela efficace nella trattazione matematica di svariati problemi fisici, tra i quali i fenomeni oscillatori (vibrazioni, correnti alternate, fluidodinamica, …) Vedremo una trattazione non rigorosa, ma sufficiente ad apprenderne l’utilizzo in pratica Definizione Un numero complesso puo’ essere definito come un oggetto della forma a ib dove a e b sono numeri reali, ed i e’ una quantita’, detta unita’ immaginaria, tale che i 1 2 Somma di numeri complessi La somma di due numeri complessi si definisce come la normale somma algebrica di binomi: (a ib ) (c id ) ( a c ) i (b d ) (3 2i ) ( 4 6i ) 7 4i La somma e’ dotata di elemento neutro: il numero complesso con a=b=0 : ( a ib ) 0 a ib Per ogni numero complesso esiste il suo opposto: ( a ib ) ( a ib ) 0 Prodotto di numeri complessi Analogamente il prodotto di numeri complessi sara’: (a ib ) (c id ) ac i 2bd iad ibc (ac bd ) i (ad bc) Il prodotto e’ dotato di elemento neutro: il numero complesso con a=1 e b=0 1 (a ib ) a ib Per ogni numero complesso non nullo esiste l’inverso: 1 a ib a ib 2 2 a ib (a ib ) (a ib ) a b a b i a 2 b2 a 2 b2 Parte reale e parte immaginaria Dato il numero complesso z a ib si definisce parte reale il numero reale: Re( z ) a e parte immaginaria il numero reale: Im( z ) b Coniugato di un numero complesso Dato un numero complesso a+ib, si definisce coniugato quel numero complesso che ha la stessa parte reale e parte immaginaria opposta: a ib a ib La somma ed il prodotto di un numero complesso con il suo coniugato hanno sempre come risultato un numero reale: a ib (a ib ) 2a (a ib ) (a ib ) a b 2 2 Rappresentazione geometrica Cosi’ come i numeri reali possono essere rappresentati come i punti di una retta, i numeri complessi (coppie di numeri reali) possono essere rappresentati come punti del piano, dove l’ascissa corrisponde alla parte reale, l’ordinata alla parte immaginaria del numero complesso Rappresentazione trigonometrica I punti del piano (quindi i numeri complessi) sono identificabili, oltre che dalle coordinate, dai due numeri: la lunghezza ρ: la distanza tra il punto e l’origine la rotazione θ: l’angolo che la congiungente con l’origine forma con l’asse delle ascisse (calcolato in senso antiorario) Modulo e fase di un numero complesso Si definisce modulo di un numero complesso la quantita’: Mod( z) z z z a b 2 2 che coincide con la distanza del punto rappresentativo del numero complesso nel piano dall’origine degli assi L’angolo θ si chiama argomento (o fase) del numero complesso: b Arg ( z ) arctan a Relazioni tra rappresentazioni Da quanto visto valgono le seguenti relazioni: a cos( ) a b 2 2 b b sin( ) arctan a Si puo’ quindi scrivere: z a ib cos( ) i sin( ) Moltiplicazione in rappresentazione trigonometrica La rappresentazione trigonometrica e’ comoda per il calcolo della moltiplicazione e della potenza: z cos( ) i sin( ) z cos( ) i sin( ) z z cos( ) i sin( ) z ncos( n ) i sin( n ) n Formula di Eulero Consideriamo la funzione di variabile reale: f ( y ) cos( y ) i sin( y ) Si puo’ dimostrare che che si comporta come una funzione esponenziale con esponente immaginario, quindi possiamo scrivere: e cos( y ) i sin( y ) iy Formula di Eulero (2) Possiamo quindi scrivere un numero complesso nella forma: i z e le formule per la moltiplicazione e la potenza possono essere scritte come: i i z z e e e z n e i n e n i n i