Что означает i в математике в уравнениях
Числа. Комплексные (мнимые) числа.
Множество всех комплексных чисел с арифметическими операциями есть поле и обычно обозначают как 
.
Мнимое число (либо чисто мнимое число) — комплексное число с действительной частью, равной нулю. Раньше этим термином обозначали комплексные числа.
Комплексные числа изображаются на комплексной плоскости:
Например, построим на комплексной плоскости следующие комплексные числа:
, 
, 
,
, 
, 
,
, 
, 
, 
.
Действия над комплексными числами.
означает, что a = c и b = d (2 комплексных числа равны между собой только в том случае, если равны их действительные и мнимые части).
(a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i.
Для того чтобы сложить 2 комплексных числа нужно сложить их действительные и мнимые части:
(a + bi) – (c + di) = (a – c) + (b – d)i.
Действие аналогично сложению, отличие только в том, что вычитаемое берем в скобки, а потом – как обычно раскрываем их со сменой знака:
У числа, которое мы получили 2, а не 3 части. Так как действительная часть является составной: 
. Что было понятней ответ перепишем так: 
.
Рассчитываем 2-ю разность:
Здесь действительная часть тоже составная: 
.
Приведем короткий пример с «нехорошей» мнимой частью: 
. В этом случае без скобок никак не обойтись.
Найдем произведение комплексных чисел 
, 
Раскрываем скобки, как обычно. Обратите внимание, что 
и будьте внимательны.
Напомним: Чтобы умножить многочлен на многочлен надо все члены 1-го многочлена умножить на каждый член другого многочлена.
Очевидно, что 
.
Как и в сумме, в произведении комплексных чисел работает перестановочный закон: 
.
Произведение 2-х сопряжённых комплексных чисел равно положительному действительному числу.
Если делитель ненулевой, деление всегда возможно.
Есть комплексные числа 
, 
. Найдем частное 
.
Деление чисел производится способом умножения знаменателя и числителя на сопряженное знаменателю выражение.
Напомним, что 
и смотрим на наш знаменатель: 
. В знаменателе уже имеется 
, поэтому сопряженным выражением в данном случае оказывается 
, т.е. 
.
Из правила, знаменатель необходимо домножить на 
, и, чтобы ничего не изменилось, умножить числитель на такое же число :
Дальше в числителе раскрываем скобки. А в знаменателе пользуемся формулой (при ).
Часто перед делением дробь лучше упростить.
Свойства комплексных чисел.
1. Основная теорема алгебры.
У всех, не являющихся константой многочленов (от одной переменной) с комплексными коэффициентами есть как минимум 1 корень в поле комплексных чисел.
2. Формула Муавра и извлечение корней из комплексных чисел.
Эта формула помогает возводить в целую степень комплексное число, не равное нулю, которое представлено в тригонометрической форме.
Формула Муавра имеет вид:
где r — модуль, а φ — аргумент комплексного числа.
Аналогичная формула применяется также и при вычислении корней n-ой степени из комплексного числа, не равного нулю:
Заметим, что корни n-й степени из комплексного числа, не равного нулю, всегда есть, и их чило равно n. На комплексной плоскости, как видно из формулы, все эти корни оказываются вершинами правильного n-угольника, который вписан в окружность радиуса с центром в начале координат.
Например, корни 5-ой степени из единицы (вершины пятиугольника):
Комплексные числа
Формы
Так сложилось в математике, что у данных чисел несколько форм. Число одно и тоже, но записать его можно по-разному:
Далее с примерами решений вы узнаете как переводить комплексные числа из одной формы в другую путем несложных действий в обе стороны.
Изображение
Изучение выше мы начали с алгебраической формы. Так как она является основополагающей. Чтобы было понятно в этой же форме изобразим комплексное число на плоскости:
Вычислить сумму и разность заданных комплексных чисел:
Сначала выполним сложение. Для этого просуммируем соответствующие мнимые и вещественные части комплексных чисел:
Аналогично выполним вычитание чисел:
Выполнить умножение и деление комплексных чисел:
Так, теперь разделим первое число на второе:
Суть деления в том, чтобы избавиться от комплексного числа в знаменателе. Для этого нужно домножить числитель и знаменатель дроби на комплексно-сопряженное число к знаменателю и затем раскрываем все скобки:
Разделим числитель на 29, чтобы записать дробь в виде алгебраической формы:
Для возведения в квадрат достаточно умножить число само на себя:
Пользуемся формулой для умножения, раскрываем скобки и приводим подобные:
В этом случае не всё так просто как в предыдущем случае, когда было возведение в квадрат. Конечно, можно прибегнуть к способу озвученному ранее и умножить число само на себя 7 раз, но это будет очень долгое и длинное решение. Гораздо проще будет воспользоваться формулой Муавра. Но она работает с числами в тригонометрической форме, а число задано в алгебраической. Значит, прежде переведем из одной формы в другую.
Вычисляем значение модуля:
Найдем чем равен аргумент:
$$ \varphi = arctg \frac<3> <3>= arctg(1) = \frac<\pi> <4>$$
Записываем в тригонометрическом виде:
Преобразуем в алгебраическую форму для наглядности:
Представим число в тригонометрической форме. Найдем модуль и аргумент:
Используем знакомую формулу Муавра для вычисления корней любой степени: