Analisi complessa/Numeri complessi

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Definizione 1.1.1.
Definiamo l'insieme dei numeri complessi come l'insieme delle coppie ordinate di numeri reali (x,y)2 con somma e prodotto definiti come
(x1,y1)+(x2,y2)=(x1+x2,y1+y2)
(x1,y1)(x2,y2)=(x1x2y1y2,x2y1+x1y2)

È facile convincersi che con queste definizioni, l'insieme dei numeri complessi ha le proprietà algebriche di un campo . Inoltre, assimilando i numeri della forma (x,0) ai numeri reali, è possibile mostrare che ogni numero complesso si può scrivere come

(x,y)=(x,0)+(0,1)(y,0)=x+iy

dove i = (0,1).

L'analogia tra ed 2 (è immediato vedere che i due insiemi sono in corrispondenza biunivoca) suggerisce di rappresentare il campo complesso come l'insieme dei punti di un piano cartesiano. Dato un numero

z=x+iy=(x,y)

definiamo:

  • il coniugato
z¯=xiy
  • la parte reale
Rez=x=(z+z¯)/2
  • la parte immaginaria
Imz=y=(zz¯)/2
  • il modulo
|z|=x2+y2=zz¯

Avendo rappresentato i numeri complessi su un piano cartesiano, si può ora passare ad una rappresentazione in coordinate polari. Si può quindi scrivere z come

z=ρ(cosθ+isinθ)

Evidentemente per z = 0 la forma polare è mal definita. ρ è il modulo di z e θ l'argomento θ=argz, che è definito a meno di multipli interi di 2π. Il valore principale dell'argomento è il valore scelto in (π,π), argz.

Definendo poi tramite la formula di Eulero

eiθ=cosθ+isinθ

(relazione che sarà giustificata in seguito) avremo

z=ρeiθ

Proprietà

Teorema 1.1.2

Le quantità sopra definite godono di una serie di proprietà algebriche: siano z1,z2, con z1=x1+iy1=ρ1eiθ1 e z2=x2+iy2=ρ2eiθ1. Avremo:

  1. ρ1=|z1|
  2. |z1+z2||z1|+|z2|
  3. z1z2=ρ1ρ2ei(θ1+θ2)
  4. z1/z2=ρ1ρ2ei(θ1θ2)
  5. z1n=ρ1neinθ1n
  6. z1n=ρ1nei(θ1n+k2πn)k=0,1,n1

Inoltre si nota che || soddisfa le definizioni di una distanza, e di conseguenza si può considerare uno spazio metrico.

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