Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.3 Тригонометрична полярна форма комплексних чисел

  • Page ID
    54425
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Ви вже знаєте, як представляти комплексні числа в комплексній площині за допомогою прямокутних координат і вже знаєте, як множити і ділити комплексні числа. Представлення цих точок і виконання цих операцій за допомогою тригонометричної полярної форми зробить ваші обчислення більш ефективними.

    Які два способи множення наступних комплексних чисел?

    \((1+\sqrt{3} i)(\sqrt{2}-\sqrt{2} i)\)

    Тригонометрична полярна форма комплексних чисел

    Будь-яка точка, представлена в комплексній площині,\(a+b i\) може бути представлена у полярній формі так само, як і будь-яка точка прямокутної системи координат. Тригонометрична полярна форма комплексного числа описує розташування точки на комплексній площині з використанням кута і радіуса точки. Ви будете використовувати відстань від точки до початку як\(r\) і кут, який точка робить як\(\theta\).

    Як бачите, точку також\(a+b i\) можна представити у вигляді\(r \cdot \cos \theta+i \cdot r \cdot \sin \theta\). Тригонометрична полярна форма може бути скорочена факторингом\(r\) і відзначаючи перші літери:

    \(r(\cos \theta+i \cdot \sin \theta) \rightarrow r \cdot \operatorname{cis} \theta\)

    Абревіатура\(r \cdot \operatorname{cis} \theta\) читається як «\(r\)поцілунок тета». Він дозволяє представляти точку у вигляді радіуса і кута.

    Візьміть наступне комплексне число в прямокутному вигляді.

    \(1-\sqrt{3} i\)

    Щоб перетворити наступне комплексне число з прямокутної форми в тригонометричну полярну форму, знайдіть радіус, використовуючи абсолютне значення числа.

    \(r^{2}=1^{2}+(-\sqrt{3})^{2} \rightarrow r=2\)

    Кут можна знайти з базовим тригом і знанням, що протилежна сторона завжди

    уявна складова і суміжна сторона завжди є реальною складовою.

    \(\tan \theta=-\frac{\sqrt{3}}{1} \rightarrow \theta=60^{\circ}\)

    При цьому тригонометрична форма дорівнює 2 цис\(60^{\circ}\).

    Однією з великих переваг форми cis є те, що вона робить множення і ділення комплексних чисел.

    надзвичайно легко. Наприклад:

    Нехай:\(z_{1}=r_{1} \cdot \operatorname{cis} \theta_{1}, z_{2}=r_{2} \cdot \operatorname{cis} \theta_{2}\) с\(r_{2} \neq 0\).

    Потім:

    \(\begin{aligned} z_{1} \cdot z_{2} &=r_{1} \cdot r_{2} \cdot \operatorname{cis}\left(\theta_{1}+\theta_{2}\right) \\ z_{1} \div z_{2} &=\frac{r_{1}}{r_{2}} \cdot \operatorname{cis}\left(\theta_{1}-\theta_{2}\right) \end{aligned}\)

    Для основних задач обсяг роботи, необхідний для обчислення добутків та коефіцієнтів для комплексних чисел, заданих у будь-якій формі, приблизно еквівалентний. Для більш складних питань тригонометрична полярна форма стає значно вигідною.

    Приклади

    Приклад 1

    Раніше вас запитали, як помножити комплексні числа\((1+\sqrt{3} i)(\sqrt{2}-\sqrt{2} i)\).

    У прямокутних координатах:

    \((1+\sqrt{3} i)(\sqrt{2}-\sqrt{2} i)=\sqrt{2}-\sqrt{2} i+\sqrt{6} i+\sqrt{6}\)

    У тригонометричних полярних координатах\(1+\sqrt{3} i=2 \operatorname{cis} 60^{\circ}\) і\(\sqrt{2}-\sqrt{2} i=2\) цис\(-45^{\circ}\). Тому:

    \((1+\sqrt{3} i)(\sqrt{2}-\sqrt{2} i)=2 \operatorname{cis} 60^{\circ} \cdot 2 \mathrm{cis}-45^{\circ}=4\)СНД\(105^{\circ}\)

    Приклад 2

    Перетворіть наступне комплексне число з тригонометричної полярної форми в прямокутну форму.

    \(4 \operatorname{cis}\left(\frac{3 \pi}{4}\right)\)

    \(4 \operatorname{cis}\left(\frac{3 \pi}{4}\right)=4\left(\cos \left(\frac{3 \pi}{4}\right)+i \cdot \sin \left(\frac{3 \pi}{4}\right)\right)=4\left(-\frac{\sqrt{2}}{2}+\frac{\sqrt{2}}{2} i\right)=-2 \sqrt{2}+2 \sqrt{2} i\)

    Приклад 3

    Розділіть наступні комплексні числа.

    \(\frac{4 \text { cis } 32^{\circ}}{2 \operatorname{cis} 2^{\circ}}\)

    \(\frac{4 \operatorname{cis} 32^{\circ}}{2 \operatorname{cis} 2^{\circ}}=\frac{4}{2} \operatorname{cis}\left(32^{\circ}-2^{\circ}\right)=2 \operatorname{cis}\left(30^{\circ}\right)\)

    Приклад 4

    Переведіть наступне комплексне число з прямокутної форми в тригонометричну полярну форму:

    8

    \(8=8 \operatorname{cis} 0^{\circ}\)

    Зверніть увагу, що це не має складної частини і тому не має кута.

    Приклад 5

    Помножте наступні комплексні числа в тригонометричному полярному вигляді.

    4\(34^{\circ} \cdot 5\) СНД\(16^{\circ} \cdot \frac{1}{2}\) СНД\(100^{\circ}\)

    4\(34^{\circ} \cdot 5\) СНД\(16^{\circ} \cdot \frac{1}{2}\) СНД\(100^{\circ}\)

    \(=4 \cdot 5 \cdot \frac{1}{2} \cdot\)цис\(\left(34^{\circ}+16^{\circ}+100^{\circ}\right)=10\) СНД 150

    Зверніть увагу, наскільки простіше робити продукти і частки в тригонометричній полярній формі.

    Рецензія

    Переведіть наступні комплексні числа з тригонометричної полярної форми в прямокутну форму.

    1. 5 сх\(270^{\circ}\)

    2. 2 см\(30^{\circ}\)

    3. -4 цис\(\frac{\pi}{4}\)

    4. \(6 \operatorname{cis} \frac{\pi}{3}\)

    5. 2 цис\(\frac{5 \pi}{2}\)

    Переведіть наступні комплексні числа з прямокутної форми в тригонометричну полярну форму.

    6. \(2-i\)

    7. \(5+12 i\)

    8. \(6 i+8\)

    9. \(i\)

    Виконайте наступні розрахунки і спростіть.

    10. 2 сси\(22^{\circ} \cdot \frac{1}{5} \operatorname{cis} 15^{\circ} \cdot 3 \operatorname{cis} 95^{\circ}\)

    11. 9 сх\(98^{\circ} \div 3 \operatorname{cis} 12^{\circ}\)

    12. \(15 \operatorname{cis} \frac{\pi}{4} \cdot 2\)СНД\(\frac{\pi}{6}\)

    13. \(-2 \operatorname{cis} \frac{2 \pi}{3} \div 15 \operatorname{cis} \frac{7 \pi}{6}\)

    Нехай\(z_{1}=r_{1} \cdot \operatorname{cis} \theta_{1}\) і\(z_{2}=r_{2} \cdot \operatorname{cis} \theta_{2}\) с\(r_{2} \neq 0\).

    14. Використовуйте тригонометричні тотожності суми та різниці, щоб довести, що\(z_{1} \cdot z_{2}=r_{1} \cdot r_{2} \cdot \operatorname{cis}\left(\theta_{1}+\theta_{2}\right)\)

    15. Використовуйте тригонометричні тотожності суми та різниці, щоб довести, що\(z_{1} \div z_{2}=\frac{r_{1}}{r_{2}} \cdot \operatorname{cis}\left(\theta_{1}-\theta_{2}\right)\)