Mat+I+T08+Números+complejos.pdf
- 1. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 1 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano TEMA 8. NÚMEROS COMPLEJOS 1. DEFINICIÓN DE NÚMERO COMPLEJO El conjunto de los números complejos, que se designa por , es una ampliación de los números reales. Esta ampliación permite asegurar que cualquier ecuación polinómica tiene tantas raíces, reales o complejas, como indica su grado (teorema fundamental del álgebra). Para lograr esa ampliación hay que definir el concepto de raíz cuadrada de un número negativo. Con esto, por ejemplo, en el conjunto de los números complejos puede asegurarse que: → el polinomio 3 ( ) 1 P x x = − tiene 3 raíces, aunque en R solo pude encontrarse x = 1. → la ecuación 2 1 0 x + = tiene dos soluciones, aunque en R se decía que no era así, pues 2 1 0 x + = 2 1 1 x x = − = − , que no existe, ¡hasta ahora! Definición de la unidad imaginaria La unidad imaginaria se denota con la letra i, y se define como la raíz cuadrada positiva de −1. Esto es: 1 − + = i . Por tanto, ( ) 2 2 2 1 1 i i = + − = − . Atendiendo a la propiedad b a b a · · = , puede deducirse, por ejemplo, que: 4 4·( 1) 4· 1 2·i − = − = − = ; 25 25·( 1) 25· 1 5i − = − = − = , … → Esta definición permite dar la solución de cualquier tipo de ecuación de segundo grado. Ejemplo: a) 2 1 0 x + = 2 1 1 x x i = − = − = . Sus soluciones son x i = y x i = − . b) La ecuación 2 6 10 0 x x − − = , cuya solución es: 2 6 ( 6) 4· 1· 10 6 4 6 2 3 2 2 2 i x i − − − = = = = . Definición de número complejo Los números complejos son expresiones de la forma a bi + , siendo a y b números reales e i la unidad imaginaria. Por tanto, el conjunto , a bi a b = + . Para indicar un número complejo genérico suele utilizarse la letra z. Así: z a bi = + . En esta expresión binómica del número complejo, a es la parte real y b la parte imaginaria. → Son números complejos, por ejemplo: 1 3 4 z i = − , 2 3 2 z i = − + , 3 0 6 6 z i i = + = o 4 2 0 2 z i = + = . • Si a = 0, el número complejo 0 bi + se llama imaginario puro. Es el caso de 3 0 6 6 z i i = + = . • Si b = 0, el número complejo 0 a i a + = resulta ser un número real. Es el caso de 4 2 0 2 z i = + = . Esto confirma que el conjunto de los números reales está contenido en el de los complejos: . Igualdad de números complejos Dos números complejos son iguales cuando son iguales sus partes reales e imaginarias. Es decir, si 1 z a bi = + y 2 z c di = + son iguales: 1 2 a c z z b d = = = .
- 2. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 2 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano Opuestos y conjugados Dos números complejos son opuestos cuando son opuestas su parte real y su parte imaginaria. El opuesto de z a bi = + es z a bi − = − − . La suma de dos números complejos opuestos vale 0. Dos números complejos son conjugados cuando tienen la misma parte real y sus partes imaginarias son opuestas. El conjugado de z a bi = + es z a bi = − . La suma de dos números complejos conjugados es un número real. Más adelante se verá que su producto también es un número real. Ejemplos: a) Para que 2 12 5 3 a i bi + = − debe cumplirse que 2 5 a = y 12 3b = − ; esto es: 5 2 a = y b = −4. b) El opuesto de 5 12 z i = − es 5 12 z i − = − + ; su conjugado, 5 12 z i = + . Nota: El alumno interesado puede saciar parte de su curiosidad enlazando con estas dos referencias: 1. Números complejos; 2. Leonhard Euler. Representación gráfica Los números complejos se representan en el plano cartesiano mediante un vector. Así, z a bi = + , se representa por el vector OP, donde O es el origen y P el punto de coordenadas (a, b). En este caso puede hablarse de plano complejo: al eje de abscisas se le llama eje real; el eje vertical se llama eje imaginario; al punto P(a, b) se le llama afijo del número complejo. → Los números reales se representarán en el eje de abscisas, como un vector horizontal. → Los números imaginarios puros se representarán en el eje de ordenadas, también como un vector. En el dibujo de la derecha se han representado los números complejos: 1, −2, i, 3i, −i y −2i El módulo (la longitud) de los vectores asociados a 1, i, −1 y −i vale 1. Ejemplo: En el gráfico adjunto se representan los números complejos que se indican. En el caso de 1 3 z i = + se han representado su opuesto y su conjugado, 1 3 z i − = − − y 1 3 z i = − , respectivamente. Puede observarse que los conjugados, 1 z y 1 z , son simétricos respecto del eje real; y que los opuestos, 1 z y 1 z − , son simétricos respecto del origen de coordenadas.
- 3. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 3 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano 2. OPERACIONES CON NÚMEROS COMPLEJOS EN FORMA BINÓMICA Los números complejos dados en forma binómica se operan de la misma manera que se haría con binomios en x (del tipo ( ) p x a bx = + y ( ) q x c dx = + ): agrupando términos semejantes; teniendo en cuenta la prioridad de operaciones; las reglas de los signos; … Por tanto, estas operaciones cumplirán las mismas propiedades que cumplen las operaciones con números reales. Suma y diferencia Dados 1 z a bi = + y 2 z c di = + se define: ( ) ( ) 1 2 z z a c b d i + = + + + . → Se suman sus partes reales e imaginarias, respectivamente. La suma cumple las propiedades conmutativa, asociativa, existencia de neutro (que es 0 0 0 i + = ) y de opuesto (el opuesto de z a bi = + es ( ) z a bi a bi − = − + = − − ). • La resta será: ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 z z a bi c di a c b d i − = + − + = − + − . Ejemplos: a) ( ) ( ) ( ) ( ) 5 3 2 6 5 2 3 6 7 3 i i i i + + − = + + − = − . b) ( ) ( ) ( ) ( ) 5 3 2 6 5 2 3 6 3 9 i i i i + − − = − + + = + . También podría hacerse paso a paso. Así: ( ) ( ) 5 3 2 6 5 3 2 6 3 9 i i i i i + − − = + − + = + . Multiplicación y división El producto de números complejos en forma binómica se realiza como el producto de binomios, de manera ordenada y agrupando; y teniendo en cuenta que 2 1 i = − . Esto es: ( )( ) 1 2 · · z z a bi c di = + + = 2 · · · · · a c a di bi c bi di ac adi bci bd i + + + = + + + ( ) 1 2 · ·( 1) z z ac adi bci bd ac bd ad bc i = + + + − = − + + . El producto cumple las propiedades conmutativa, asociativa, existencia de unidad (que es 1 0 1 i + = ; cumple que 1·z z = ) y de inverso. (El inverso de z es z−1 ; cumple que 1 · 1 z z− = ). También se cumplen la propiedad distributiva: ( ) 1 2 3 1 2 1 3 · · · z z z z z z z + = + . Observación: La multiplicación de un número complejo por su conjugado es un número real. ( )( ) ( )2 2 2 2 2 2 2 2 2 · · ·( 1) z z a bi a bi a bi a b i a b a b = + − = − = − = − − = + . Ejemplos: a) ( )( ) 2 2 7 · 4 3 8 6 28 21 8 34 21·( 1) 8 34 21 13 34 i i i i i i i i + + = + + + = + + − = + − = − + . b) ( )( ) 2 5 3 · 2 6 10 30 6 18 10 24 18·( 1) 28 24 i i i i i i i + − = − + − = − − − = − . c) ( ) 4· 2 6 8 24 i i − = − . d) ( ) 2 2 · 5 6 10 12 10 12·( 1) 12 10 i i i i i i − = − = − − = + . e) Producto de conjugados:( )( ) 2 2 6 · 2 6 4 12 12 36 4 36·( 1) 40 i i i i i + − = − + − = − − = . → Aplicando la regla “suma por diferencia”: ( )( ) ( )2 2 2 2 6 · 2 6 2 6 4 36 4 36 40 i i i i + − = − = − = + = . f) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 7 2 2·2·7 7 4 28 49 4 28 49 45 28 i i i i i i i + = + + = + + = + − = − + . g) ( ) ( ) 2 2 2 2 4 3 4 2·4·3 3 16 24 9 16 24 9 7 24 i i i i i i i − = − + = − + = − − = − . → Estos dos últimos casos pueden hallarse multiplicando paso a paso. Así: ( ) ( )( ) 2 2 7 2 7 · 2 7 i i i + = + + ; ( ) ( )( ) 2 4 3 4 3 · 4 3 i i i − = − − .
- 4. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 4 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano División Para dividir dos números complejos se multiplica el numerador y denominador por el conjugado del denominador; el proceso es similar al utilizado para la racionalización de expresiones radicales. Así: ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) 2 2 · · a bi c di ac bd bc ad i a bi c di c di c di c d + − + − − + = = + + − + = i d c ad bc d c bd ac 2 2 2 2 + − + + + . → La división de un número complejo entre un número real se hace descomponiendo, como sigue: a bi a b i n n n + = + . Ejemplos: a) 8 4 8 4 4 2 2 2 2 i i i − = − = − ; 7 5 7 5 1 i i − = − + − ; 9 5 9 5 2 2 2 i i + = + . b) ( )( ) ( )( ) ( ) 2 2 2 3 2 · 5 2 3 2 15 6 10 4 19 4 19 4 5 2 5 2 · 5 2 29 29 29 5 2 i i i i i i i i i i i i + − + − + − + = = = = + + + − − . c) ( )( ) ( )( ) ( ) 2 2 2 3 4 · 3 4 3 4 9 24 16 9 24 16 7 24 7 24 3 4 3 4 · 3 4 25 25 25 9 16 9 4 i i i i i i i i i i i i i + + + + + + − − + = = = = = − + − − + − − . d) El inverso de z a bi = + es ( ) ( )( ) 1 2 2 2 2 2 2 1· 1 · a bi a bi a b z i a bi a bi a bi a b a b a b − − − = = = = − + + − + + + . En particular: d1) 2 2 2 2 1 2 2 1 1 2 2 4 4 2 2 2 2 i i i − = − = + − + + → Comprueba que ( ) 1 1 2 2 · 1 4 4 i i − + = . d2) 1 1· · 1 i i i i i i = = = − − . Algunos ejercicios de multiplicación y división Para afianzar los conceptos pueden proponerse algunos ejercicios como los que siguen: Ejercicio 1 Dados los complejos 1 3 5 z i = + y 2 3 z c i = + halla el valor de c para que su producto sea: a) Un número real; b) un número imaginario puro. Solución: Multiplicando 1 2 · z z se obtiene: ( )( ) ( ) 3 5 · 3 3 15 9 5 i c i c c i + + = − + + . a) El producto es un número real si la parte imaginaria vale 0: 9 5 0 c + = 9 5 c = − . b) El producto es un número imaginario puro si la parte real vale 0: 3 15 0 c − = 5 c = . Ejercicio 2 Halla el valor de k para que 1 2i k i − + sea: a) un número real; b) un número imaginario puro. Solución: Dividiendo: ( )( ) ( )( ) ( ) 2 2 2 2 2 1 2 · 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 · 1 1 1 1 i k i k k i i k i ki i k k i k i k i k i k k k k − − − − + − − − + − + = = = = − + + − + + + + . a) El producto es un número real si la parte imaginaria vale 0: 1 2 0 k + = 1 2 k = − . b) El producto es un número imaginario puro si la parte real vale 0: 2 0 k − = 2 k = .
- 5. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 5 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano Potencia de un número complejo La potencia de un número complejo se hace lo mismo que la potencia de un binomio. Esto es: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 ... 0 1 2 1 n n n n n n n n n n n a bi a a bi a bi a bi bi n n − − − + = + + + + + − Para agrupar los números reales y las partes imaginarias se tendrá en cuenta el valor de las sucesivas potencias de i: 0 4 8 4 ... 1 n i i i i = = = = = ; 1 5 9 4 1 ... n i i i i i + = = = = = ; 2 6 10 4 2 ... 1 n i i i i + = = = = = − ; 3 7 11 4 3 ... n i i i i i + = = = = = − . Puede verse, por ejemplo, que: 3 2 · 1· 1 i i i i = = − = − ; 4 2 2 · ( 1)·( 1) 1 i i i = = − − = ; 7 4 3 · 1·( ) i i i i i = = − = − . → Las potencias de i se repiten cada cuatro unidades. Por tanto, para hallar una potencia de i se divide el exponente por 4 y se calcula la potencia de i elevada al resto de dicha división. Esto es: 4 0 1 n i i = = ; 4 1 1 n i i i + = = ; 4 2 2 1 n i i + = = − ; 4 3 3 n i i i + = = − . Ejemplos: a) ( ) 8 33 4·8 1 4 1 · 1· i i i i i i + = = = = ; ( ) ( ) 11 47 4·11 3 4 3 · 1· i i i i i i + = = = − = − . b) Para calcular ( )4 3 2i + , aplicando el desarrollo de un binomio se tiene: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 2 3 4 4 3 2 4 4 4 4 4 3 2 ·3 ·3 · 2 ·3 · 2 ·3· 2 · 2 0 1 2 3 4 i i i i i + = + + + + = = 2 3 4 81 4·27·2 6·9·4 4·3·8 16 i i i i + + + + = 81 216· 216·( 1) 96( ) 16· 1 119 120 i i i + + − + − + = − + . c) Igualmente: ( )3 3 2 2 3 3 3 3 3 2 ·2 ·2 · ·2· · 0 1 2 3 i i i i − = − + − = 2 3 8 3·4 3·2· 8 12 6 2 11 i i i i i i − + − = − − + = − . 3. FORMA POLAR Y TRIGONOMÉTRICA DE UN NÚMERO COMPLEJO Como se ha indicado anteriormente, los números complejos se representan en el plano cartesiano mediante y un vector. Así, z a bi = + , se representa por el vector OP , donde O es el origen y P el punto de coordenadas (a, b), el afijo de z. Se llama módulo de z a bi = + , y se representa por m z = , a la longitud del vector OP , que se calcula aplicando Pitágoras. Es decir, 2 2 m z OP a b = = = + . Se llama argumento de z a bi = + , y se representa , al ángulo que forma el vector OP con la dirección positiva del eje real (medido en sentido contrario al del movimiento de las agujas de un reloj). Se calcula aplicando la fórmula tan b a = → arctan b a = , con º 360 0 . (Como en la primera vuelta hay dos soluciones para , se elegirá el ángulo que esté en el mismo cuadrante que el afijo del número complejo). Con esto, el número complejo z se puede escribir como z a bi m = + = . • La expresión z m = es la forma polar (o módulo argumental) del número complejo.
- 6. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 6 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano Ejemplos: a) Para 1 2 2 z i = + se tiene: 2 2 1 1 2 2 8 2 2 m z = = + = = ; 1 2 arctan 45º 2 = = . Por tanto, 45º 1 2 2 2 2 z i = + = . b) Si 2 1 3 z i = − + : ( ) ( ) 2 2 2 2 1 3 4 2 m z = = − + = = ; 2 3 arctan 120º 1 = = − , pues el punto ( ) 1, 3 P − está en el segundo cuadrante. Por tanto, 2 120º 1 3 2 z i = − + = . c) Para 3 3 z i = − − : ( ) ( ) 2 2 3 3 3 1 4 2 m z = = − + − = = ; 3 1 arctan 210º 3 − = = − , pues el punto ( ) 3, 1 P − − está en el tercer cuadrante. Por tanto, 3 210º 3 2 z i = − − = . d) Análogamente, para los complejos que siguen: 4 270º 2 2 z i = − = − ; 315º 5 2 2 2 2 z i = − = ; 6 0º 3 3 z = = ; 7 90º 2 2 z i = = ; 8 180º 1 1 z = − = . Forma trigonométrica de un número complejo Para z a bi m = + = , si se tiene en cuenta que: cos a m = → ·cos a m = ; sin b m = → ·sin b m = ; entonces: ( ) ·cos ·sin · z a bi m m i = + = + ( ) · cos ·sin z m i = + , que es la expresión en forma trigonométrica de un número complejo. Ejemplos: La forma trigonométrica de algunos de los números complejos del ejemplo anterior es: a) 45º 1 2 2 2 2 z i = + = → ( ) 1 2 2· cos45º ·sin45º z i = + . b) 2 120º 1 3 2 z i = − + = → ( ) 2 2· cos120º ·sin120º z i = + . c) El paso de un número complejo dado en forma polar o trigonométrica a binómica se hace sustituyendo los valores del coseno y del seno de . Así: ( ) 3· cos315º ·sin315º z i = + = 2 2 3 2 3 2 3· 2 2 2 2 i i + − = − . Observación: El ángulo puede ser mayor de 360º, o negativo. En su caso debe tenerse en cuenta la periodicidad del seno y del coseno. → 315º 5 2 2 2 2 z i = − = se puede escribir como: ( ) 45º 5 2 2 2 2 z i − = − = ; → 7 90º 450º 2 2 2 z i = = = . → En general, ( ) ( ) ( ) ( ) ·360º · cos ·360º ·sin ·360º k z m m m k i k + = = = + + + .
- 7. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 7 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano 4. OPERACIONES CON NÚMEROS COMPLEJOS EN FORMA POLAR La multiplicación y división de números complejos se realizan con gran facilidad si los números vienen expresados en forma polar. Multiplicación El producto de dos números complejos en forma polar es otro número complejo cuyo módulo es el producto de los módulos y cuyo argumento es la suma de los argumentos. Esto es: ( )( ) · · m n m n + = Para demostrarlo hay que recurrir a las fórmulas trigonométricas. (Se hace en el Problema 10). Ejemplos: a) ( )( ) 100º 140º 240º 100º 140º 3 ·4 3·4 12 + = = → ( ) 240º 1 3 12 12· cos240º sin 240º 12· · 6 6 3 2 2 i i i = + = − + − = − − . b) ( )( ) ( ) ( ) 60º 120º 180º 60º 120º 2 ·5 2·5 10 10· cos180º sin180º 10· 1 0 10 i i + = = = + = − + = − . c) ( )( ) 300º 120º 420º 60º 360º 60º 300º 120º 1 ·5 1·5 5 5 5 + + = = = = . d) ( ) ( )( ) 300º 210º 90º º 300º 90º 2 ·3 2·3 6 − − = = → ( ) 3 1 6· cos210º sin 210º 6· 3 3 3 2 2 i i i + = − − = − − . División El cociente de dos números complejos en forma polar es otro número complejo cuyo módulo es el cociente de los módulos y cuyo argumento es la diferencia de los argumentos. Esto es: ( ) m m n n − = La demostración de esta fórmula se hace en el Problema 11. Ejemplos: a) ( ) 100º 40º 60º 100º 40º 4 4 ·2 2 2 − = = → ( ) 60º 1 3 2 2· cos60º sin60º 2· · 1 3 2 2 i i i = + = + = + . b) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 60º 120º 60º 60º 120º 12 1 3 3 3 3 12 : 4 3 3· cos 60º sin 60º 3· 4 2 2 2 2 i i i − − = = = − + − = − = − . c) ( ) 270º 90º 270º 90º 180º 1 1 1 1 2 2 2 2 − = = = − . d) ( ) 120º 45º 120º 45º 75º 2 1 3 2 1 2 2 2 2 2 2 2 i i − − = = = + → En este caso puede resultar más rápido y claro hacer la división mediante el conjugado.
- 8. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 8 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano Potenciación Para el caso del cuadrado: ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) 2 2 2 · · m m m m m m + = = = . Para el cubo: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) 3 2 2 2 3 2 2 3 · · · m m m m m m m m + = = = = . En general: ( ) ( )( ) · n n n m m = . → Para módulo 1 y argumento , resulta ( ) ( )( ) ( ) · 1 1 1 n n n n = = . Como ( ) 1 1· cos sin cos sin i i = + = + ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 cos sin 1 cos sin n n n i n i n = + = = + . Esto significa que: ( ) ( ) ( ) ( ) cos sin cos sin n i n i n + = + ; expresión que se conoce con el nombre de fórmula de Moivre. Ejemplos: a) ( ) ( )( ) 4 4 225º 900º 180º 4·225º 3 3 81 81 = = = → −81. b) ( ) ( ) ( )( ) 5 5 5 120º 600º 240º 5·120º 1 3 2 2 32 32 i − + = = = = → ( ) 32· cos240º sin240º 16 16 3 i i + = − − . c) ( ) ( ) ( ) ( ) 7 8· cos30º sin30º 8· cos 210º sin 210º i i + = + = 3 1 8· 4 3 4 2 2 i i − − = − − . Observación: Las potencias sucesivas de un número complejo generan interesantes resultados geométricos. Si estás interesado en esto puedes ir a https://www.geogebra.org/m/dS7PaSx3. Radicación Si z un número complejo, se dice que: ´ z z = si ( )2 ´ z z = ; 3 ´ z z = si ( )3 ´ z z = ; … ; ´ n z z = si ( ) ´ n z z = , n . La radicación se puede hacer siempre que el número complejo esté en forma polar. Con esto, para la raíz n−ésima, si se expresan z y ´ z en forma polar, suponiendo que z m = y ´ z r = , entonces: ´ n z z = n m r = ( ) ( )( ) · n n n m r m r = = ·360º · n m r k n = + = ·360º n r m k n = + = . Recuerda que ( ) ( ) ( ) ( ) ·360º · cos 360º ·sin 360º k z m m m k i k + = = = + + + . → También puede verse expresando la raíz como potencia de exponente fraccionario: ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 ·360º ·360º ·360º n n n n n n k k k n n a bi a bi m m m m + + + + = + = = = = . Puede observarse que: 1. Un número complejo, z m = , tiene n raíces n−ésimas: 2 raíces cuadradas; 3 raíces cúbicas; 4 raíces cuartas; … Algunas de esas raíces pueden ser reales. 2. Todas las raíces n−ésimas tienen el mismo módulo: n r m = . Dando valores a k en la expresión ·360º k n + , (k = 0, 1, 2, …, n − 1), se obtienen los diferentes argumentos de esas n raíces. 3. Para n > 2, los afijos de dichas raíces son los vértices de un polígono regular de n lados, inscrito en una circunferencia de radio el módulo común. Se verá en los ejemplos que siguen.
- 9. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 9 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano Ejemplos: a) ( ) 4 4 4 90º ·360º 90º 4 16 16 16 k i + = = → → 1 22,5º 2 z = , 2 112,5º 2 z = , 3 202,5º 2 z = y 4 292,5º 2 z = . Sus afijos son vértices de un cuadrado. b) ( ) ( ) 3 3 3 180 ·360º 180º 60º ·120º 3 1 1 1 1 k k + + − = = = → → 1 60º 1 z = ; 2 180º 1 z = y 3 300º 1 z = . Sus afijos son vértices de un triángulo equilátero. Aplicación a la resolución de ecuaciones Las operaciones con números complejos permiten ampliar la resolución de ecuaciones con coeficientes reales o complejos. A continuación se proponen algunos ejercicios. Ejercicio 3 Halla las soluciones de las ecuaciones: a) 2 4 29 0 x x − + = ; b) 4 2 3 2 0 x x + + = . Solución: a) 2 4 29 0 x x − + = 2 5 4 16 116 4 100 4 10 2 5 2 2 2 i i x i + − − = = = = − . Puede verse que el resultado es correcto sustituyendo: 2 4 29 0 x x − + = → (para 1 2 5 z i = + ) → ( ) ( ) 2 2 5 4 2 5 29 0 i i + − + + = 2 4 20 25 8 20 29 4 20 25 8 20 29 0 i i i i i + + − − + = + − − − + = . Nota: Las raíces complejas de una ecuación de segundo grado siempre son conjugadas. (En general, si una ecuación tiene una raíz compleja, también tiene como raíz a su conjugada). b) 4 2 3 2 0 x x + + = → es una ecuación bicuadrada. Haciendo 2 x z = → 2 3 2 0 z z + + = 2 3 9 8 3 1 1 2 2 z − − − − = = = − . Para 2 z = − 2 2· 1 2· x i = − = − = ; para 1 z = − 1 x i = − = . Ejercicio 4 Una de las soluciones de las raíces quintas de un número complejo es 1 162º 2 z = : 5 1 162º 2 z z = = . Halla z y las demás raíces quintas de z. Solución: Si 5 1 162º 2 z z = = ( )5 1 z z = → → ( ) ( )( ) 5 5 162º 90º 810º 5·162º 2 2 32 32 32 z i = = = = = . Todas las raíces tienen el mismo módulo, 2. Los argumentos de las raíces quintas se diferencian en 72º, pues 360º 72º 5 = . Por tanto, otros argumentos serán: 162º + 72º = 234º; (+72º) → 306º; (+72º) → 378º 18º; (+72º) → 90º. Las cinco raíces son: 1 162º 2 z = , 2 234º 2 z = , 3 306º 2 z = , 4 18º 2 z = y 5 90º 2 z = .
- 10. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 10 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano PROBLEMAS PROPUESTOS 1. Dados los números complejos 1 2 2 z i = − , 2 3 z i = − + , 3 2 z = y 4 3 z i = . a) Para cada uno de ellos halla su conjugado y su opuesto. b) Represéntalos (complejos, conjugados y opuestos) en el plano polar. 2. Para los mismos números complejos 1 2 2 z i = − , 2 3 z i = − + , 3 2 z = y 4 3 z i = , halla sus módulos y argumentos, para ellos y para sus respectivos conjugados y opuestos. 3. Calcula: a) ( ) ( ) 2 3 3 i i + − − ; b) ( ) 3· 4 3 5 i i − − ; c) ( ) 4 2 3· 2 i i − − − ; d) ( ) ( ) 2· 4 5 5· 2 2 i i − − − . 4. Calcula: a) ( )( ) 2 3 · 3 2 i i + − ; b) ( )( ) 3 · 5 2 i i − + − + ; c) ( )2 2 3i − ; d) ( )2 4 5i + . 5. Calcula: a) i i 2 2 2 1 − − ; b) i i 3 5 2 3 − + ; c) 4 12 2i − ; d) i i 2 2 4 − ; e) 5 4 3 i i + ; f) 12 2 1 6 i i + + . 6. Calcula simplificando el resultado: a) i i i 4 3 1 4 2 + + − ; b) i i i i 3 2 · 2 2 2 1 − − − ; c) i i i i 3 2 · 1 2 − − ; d) ( ) i i 2 6 2 2 + . 7. Teniendo en cuenta el valor de las potencias de i simplifica la expresión: a) 40 99 18 2 · 2 i i i + + − ; b) 50 239 193 3· 1 i i i + + . 8. Expresa en sus distintas formas los siguientes números complejos: a) ( ) 3· cos60º sin60º i + ; b) ( ) 3· cos60º sin60º i − ; c) ( ) 2· cos135º sin135º i + . Haz su representación gráfica. 9. Indica tres números complejos que cumplan la siguiente condición: a) Su argumento es 45º; b) Su módulo es 5; c) Su argumento es 270º. Represéntalos gráficamente. 10. Demuestra la fórmula del producto de números complejos en forma polar: ( )( ) · · m n m n + = . 11. Demuestra la fórmula de la división de números complejos en forma polar: ( ) m m n n − = . 12. Aplicando la fórmula de Moivre para n = 2 obtén las razones trigonométricas del ángulo doble: ( ) sin 2 y ( ) cos 2 . 13. Calcula y expresa el resultado final en forma binómica: a) 15º 45º 2 ·5 ; b) 40º 50º 5 ·4 ; c) 90º 120º 8 :2 ; d) º 60 º 300 2 10 .
- 11. Matemáticas 1º Tecnológico. ÁLGEBRA y GEOMETRÍA. Tema 8: Números complejos 11 www.matematicasjmmm.com José María Martínez Mediano 14. Teniendo en cuenta que 45º 30º 75º 1 · 1 1 = y que 45º 30º 15º 1 :1 1 = halla los valores de: a) sen 75º y cos 75º; b) sen 15º y cos 15º. 15. Cuando se multiplica un número complejo z m = por 90º 1 i = , ( ) 90º 90º · 1 m m + = , se produce un giro de 90º, con centro en O, del vector representante de z. Si el triángulo de vértices A(2, 1), B(1, 3) y C(−2, −2) se gira 90º con centro en O, ¿cuáles serían sus vértices? 16. Aplicando el desarrollo de un binomio y el valor de las sucesivas potencias de i, calcula: a) ( )3 3 2i + ; b) ( )4 1 i + ; c) ( )5 3 2i − ; d) ( ) 6 1 3i + . 17. Expresa en forma polar los números complejos 1 1 z i = + y 2 1 3 z i = + . Calcula nuevamente las potencias ( )4 1 i + y ( ) 6 1 3i + del problema anterior. 18. Calcula y expresa el resultado final en forma binómica: a) ( )4 º 30 2 ; b) ( )5 3 1 i − ; c) ( )7 2 3 2 i + ; d) ( )4 5i . 19. Calcula: a) 3 64 ; b) 3 2 2 i − ; c) 4 i ; d) 4 8 3 8 i + − ; e) 6 1 − ; f) 2 3 2i + . Representa gráficamente las soluciones de los casos b) y e). 20. Calcula las soluciones complejas de las siguientes ecuaciones: a) 2 9 0 x + = ; b) 0 5 2 2 = + − x x ; c) 0 10 2 2 = + + x x ; d) 2 4 13 0 x x − + = . 21. Resuelve las ecuaciones: a) 3 12 3 3 1 z iz z i z − + − = + − ; b) 2 2 3 2 0 z iz + + = . 22. Halla una ecuación de segundo grado que tenga por raíces 1 2 z i = − y 2 2 z i = + . 23. Encuentra una ecuación que tenga por raíces 1 1 2 z i = + , 2 1 2 z i = − , 3 1 z = − y 4 2 z = . 24. Halla las soluciones reales y complejas de las ecuaciones: a) 0 9 10 2 4 = + + x x ; b) 4 2 5 4 0 z z + + = . En cada caso, comprueba el resultado para una de las soluciones. 25. Halla las soluciones reales y complejas de las ecuaciones: a) 3 4 0 x x + = ; b) 3 2 2 4 8 0 x x x − + − = . En cada caso, comprueba el resultado para una de las soluciones complejas.