DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

Relaterede dokumenter
Noter om komplekse tal

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Komplekse tal. Preben Alsholm Juli 2006

DesignMat Komplekse tal

Nøgleord og begreber Komplekse tal Test komplekse tal Polære koordinater Kompleks polarform De Moivres sætning

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (30. september oktober 2002) side 1. Komplekse tal Arbejdsplan

Polynomier af én variabel

Polynomier af én variabel

Komplekse tal og rækker

MM501 forelæsningsslides

Noter om polynomier, Kirsten Rosenkilde, Marts Polynomier

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

MATEMATIK 1A MATEMATISK ANALYSE 12. november 2009 Oversigt nr. 1

Polynomier. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Polynomier 2. 2 Polynomiumsdivision 4. 3 Algebraens fundamentalsætning og rødder 6

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (1. oktober oktober 2001) side 1 Komplekse tal Arbejdsplan

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave C

Komplekse tal. enote Indledning

Komplekse tal og polynomier

DiMS 2010 Uge 7,

Polynomium Et polynomium. Nulpolynomiet Nulpolynomiet er funktionen der er konstant nul, dvs. P(x) = 0, og dets grad sættes per definition til.

Komplekse tal. enote Indledning

Komplekse tal. Mike Auerbach. Tornbjerg Gymnasium, Odense 2015

Inden der siges noget om komplekse tal, vil der i dette afsnit blive gennemgået en smule teori om trigonometriske funktioner.

Svar på opgave 336 (Januar 2017)

Institut for Matematik, DTU: Gymnasieopgave. I. De komplekse tals historie. Historien om 3. grads ligningerne

Kursusnoter til BasisMat

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Kompleks Funktionsteori

Jeg foretager her en kort indføring af polynomier over såvel de reelle som

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

Projekt 3.5 faktorisering af polynomier

DesignMat Lineære differentialligninger I

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Reeksamen i Calculus

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

Eksamen i Calculus. Onsdag den 1. juni Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet

Chapter 3. Modulpakke 3: Egenværdier. 3.1 Indledning

(Prøve)Eksamen i Calculus

Eksamen i Calculus Fredag den 8. januar 2016

Lineær uafhængighed 1. Lineær afbildninger 2. Spektralteori 3. Komplekse tal 4. Indeks 8. u 3 = u 1 + u 2 (3) V u3 =

DesignMat Lineære differentialligninger I

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

9.1 Egenværdier og egenvektorer

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

Kortfattet svar til eksamen i Matematik F2 d. 21. juni 2017

DesignMat Uge 4 Systemer af lineære differentialligninger I

Eksempel på 2-timersprøve 1 Løsninger

Fordybelsesprojekt Matematik 2, forår 2005 Potensrækker

Prøveeksamen MR1 januar 2008

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 4

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

MM501 forelæsningsslides

ANALYSE 1, 2014, Uge 5

MATEMATIK B. Videooversigt

6.1 Reelle Indre Produkter

ADGANGSKURSUS AALBORG UNIVERSITET. Formelsamling. Brush-up Flex

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Oversigt [S] 8.7, 8.8, 8.9

Differentiation af sammensatte funktioner

S u p p l e r e n d e n o t e r t i l C a l c u l u s

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

ELEKTRISKE KREDSLØB OG DYNAMISKE SYSTEMER

Taylor s approksimationsformler for funktioner af én variabel

Taylor s approksimationsformler for funktioner af én variabel

Taylorudvikling I. 1 Taylorpolynomier. Preben Alsholm 3. november Definition af Taylorpolynomium

π er irrationel Frank Nasser 10. december 2011

DiploMat Løsninger til 4-timersprøven 4/6 2004

SØREN L. BUHL KOMPLEKSE TAL M. M. Matematik 1 Den teknisk naturvidenskabelige Basisuddannelse

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

Matematik F2 Opgavesæt 1

Funktioner. 3. del Karsten Juul

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2017

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

Eulers equidimensionale differentialligning

Komplekse tal. x 2 = 1 (2) eller

Matematik F2 Opgavesæt 1

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Efterår - 8. Januar 2016

DesignMat Uge 11 Vektorrum

Matematik. 1 Matematiske symboler. Hayati Balo,AAMS. August, 2014

Undervisningsbeskrivelse

DOK-facitliste DOK. DOK-facitliste 1

Algebra med Bea. Bea Kaae Smit. nøgleord andengradsligning, komplekse tal, ligningsløsning, ligningssystemer, nulreglen, reducering

Eksamen i Calculus Mandag den 8. juni 2015

t a l e n t c a m p d k Matematik Intro Mads Friis, stud.scient 27. oktober 2014 Slide 1/25

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2016

Projekt 7.9 Euklids algoritme, primtal og primiske tal

Grundlæggende Matematik

Taylorpolynomier og Taylors sætning

MM502+4 forelæsningsslides

π can never be expressed in numbers. William Jones og John Machins algoritme til beregning af π

Grundlæggende Matematik

Transkript:

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier Preben Alsholm Uge 8 Forår 010 1 Den komplekse eksponentialfunktion 1.1 Definitionen Definitionen Den velkendte eksponentialfunktion x e x vil vi ofte ligesom i Maple give navnet exp. Vi har altså for alle x R. exp x = e x Denne funktion har den fundamentale egenskab exp x + y = exp x exp y eller anderledes skrevet e x+y = e x e y for alle x, y R. Vi definerer nu eller anderledes skrevet gældende for alle x, y R. 1. Egenskaber for exp Egenskaber for exp exp x + iy = exp x cos y + i sin y e x+iy = e x cos y + i sin y Når x, y R har e x+iy modulus e x og argument y: e x+iy = e x arg e x+iy = y 1

For alle z 1, z C gælder exp z 1 + z = exp z 1 exp z altså e z 1+z = e z 1 e z Bevis: Sæt z 1 = x 1 + iy 1 og z = x + iy, så har vi: e z 1 e z = e z 1 e z = e x 1+iy 1 e x +iy = e x 1 e x = e x 1+x = e x 1+x +iy 1 +y = e z 1 +z arg e z 1 e z = arg e z 1 + arg e z = arg e x 1+iy 1 + arg e x +iy = y 1 + y = arg e x 1+x +iy 1 +y = arg e z 1+z Tallene e z 1+z og e z 1e z har altså samme modulus og samme argument. De er derfor ens. 1.3 Polær form Polær form Den polære form for tallet a med modulus r og argument v blev sidste gang skrevet a = r v = r cos v + i sin v Den vil i fremtiden blive skrevet således: a = r exp iv = re iv Eksempel. Vi finder den polære form for tallet 3 i. Modulus er 3 + 1 = og et argument er 5π 6. Tegn! Så 3 i = exp i 5π 6 = e i 5π 6 Maple. 1.4 Moivres formel Moivres formel For n N og x R gælder cos x + i sin x n = cos nx + i sin nx Bevis: cos x + i sin x n = e ix n = e inx = cos nx + i sin nx

Eksempel. cos 3x = Re cos 3x + i sin 3x = Re cos x + i sin x 3 = Re cos 3 x + 3i cos x sin x 3 cos x sin x i sin 3 x = cos 3 x 3 cos x sin x = cos 3 x 3 cos x 1 cos x = 4 cos 3 x 3 cos x Ved ovenfor at erstatte Re med Im fås formlen Maple. sin 3x = 3 cos x sin x sin 3 x = 3 1 sin x sin x sin 3 x = 4 sin 3 x + 3 sin x 1.5 Den komplekse logaritmefunktion Den komplekse logaritmefunktion exp har ingen omvendt funktion indenfor C, da e z+ipπ = e z e ipπ = e z cos pπ + i sin pπ = e z Hvis z, w C opfylder exp w = z, så kaldes w en logaritme til z. Vi skriver w = ln z. Lad z C med z = 0. Så har z følgende logaritmer ln z = ln z + i arg z + pπ = ln z + i arg z + ipπ hvor p Z, og arg z er et argument for z, og hvor ln z er den reelle velkendte logaritme af det positive tal z. Vi finder samtlige logaritmer til tallet a = 3 i. Da a = og arg a = π 6 fås med p Z: ln a = ln 3 i = ln i π 6 + pπi Maple. 1.6 Den binome ligning Den binome ligning I Lad n N og a C. En binom ligning har formen z n = a 1 3

Løsningerne til 1 kaldes komplekse n te rødder af a. Rødderne i 1, hvor a = re iv, r 0, v R, er givet ved z = n re i v n +p π n, p = 0, 1,,..., n 1 Bevis: Sæt z = ρe iθ, med ρ 0 og θ R. Ved indsættelse i 1 fås ρe iθ n = re iv og hermed ρ n e inθ = re iv De to sider af denne ligning er polære former af samme tal, så ρ n = r og nθ = v + pπ, hvor p Z. Heraf følger formlen. Korollar. Er z 0 en rod i ligningen z n = a, så er samtlige rødder givet ved z = z 0 e ip π n, p = 0, 1,,..., n 1. Rødder i polynomier.1 Andengradsligningen I Andengradsligning I Vi løser hvor a, b, c C, og a = 0. az + bz + c = 0 Vi har: az + bz + c = a z + b b 4ac a 4a Andengradsligningen kan altså omskrives til z + b = b 4ac a 4a Sæt w = z + a b, så har vi den binome ligning. Andengradsligningen II Andengradsligning II w = b 4ac 4a Sæt w = z + a b, så har vi den binome ligning w = b 4ac 4a 4

Denne har komplekse rødder, som vi skriver som b ± 4ac 4a Så rødderne i andengradsligningen az + bz + c = 0 er z = b b a ± 4ac 4a = b ± b 4ac a Eksempel. Løs ligningen z + z + 1 = 0. Vi finder z = 1 ± 1 4 = 1 ± 3 = 1 ± i 3 = { 1 + i 1 i 3 3.3 Andengradsligningen III Andengradsligning III Eksempel. Løs ligningen z z + 1 + i = 0. Vi finder z = ± 4 4 1 + i = ± 4i Vi skal så løse den binome ligning w = 4i = 4 exp i π. Vi finder w = ± exp i π 4 = ± i = ± i Løsningerne til andengradsligningen er dermed z = ± i = 1 ± 1 1 i =.4 Polynomier generelt Polynomier generelt Et polynomium i den variable z er et udtryk af formen a n z n + a n 1 z n 1 +... + a 1 z + a 0 { 1 + 1 i 1 1 + i Algebraens Fundamentalsætning. Ethvert polynomium af grad 1 har mindst én rod indenfor de komplekse tal. Generelle løsningsformler findes for n 4, men det kan bevises, at der ikke kan konstrueres generelle løsningsformler for n 5. Husk dog, at et polynomium af vilkårlig høj grad men med kun to led kan løses ved en formel, der umiddelbart giver den polære form for løsningerne. Se Maple om 3. og 4. gradsligninger. 5

.5 Faktorisering af polynomier I Faktorisering af polynomier I En rod z 1 i polynomiet p har multipliciteten k, hvis p z = z z 1 k q z, hvor q z er et polynomium, og hvor z 1 ikke er rod i q z. Hvis multipliciteten er 1, siges roden at være simpel. Eksempel. 5z 4 50z 3 + 10z + 160z 640 = 5 z 4 3 z +. Så 4 er rod af multiplicitet 3, og er rod af multiplicitet 1. er altså en simpel rod. Polynomiet p z = a n z n + a n 1 z n 1 +... + a 1 z + a 0, hvor n 1 og a n = 0 kan skrives som et produkt af a n og n førstegradsfaktorer: p z = a n z z 1 z z... z z n Ethvert polynomium af grad n 1 har altså n rødder, hvis disse regnes med multiplicitet..6 Faktorisering af polynomier II Faktorisering af polynomier II Hvis et polynomium har reelle koefficienter og z 1 C er rod, så er også z 1 rod. Ethvert polynomium af grad n 1 og med reelle koefficienter kan skrives som et produkt af reelle første- og andengradsfaktorer. Eksempel. Hvis + 3i er rod, så er 3i også. Så begge faktorerne z + 3i og z 3i forekommer i en faktorisering af polynomiet. Vi betragter produktet af disse to faktorer: Sætter andre parenteser: a b a + b = a b bruges: z + 3i z 3i = z 3i z + 3i = z + 3 = z 4z + 13 6

3 Eulers formler Eulers formler I Ifølge definitionen af den komplekse eksponentialfunktion har vi e iv = cos v + i sin v e iv = cos v i sin v Ved addition af disse formler og efter division med fås cos v = 1 e iv + e iv Tilsvarende fås ved subtraktion og division med i sin v = 1 i e iv e iv 3.1 Eulers formler II Eulers formler II Vi ønsker sin 4 x udtrykt ved sin x, sin x,..., cos x, cos x,.... Vi udnytter den ene af Eulers formler sin x = 1 e ix e ix i og vi finder dermed sin 4 x = 1 e ix e ix 4 = 1 e ix i i 4 e ix 4 Binomialformlen a + b 4 = a 4 + 4a 3 b + 6a b + 4ab 3 + b 4 benyttes: = 1 e 4ix 4e ix + 6 4e ix + e 4ix 16 = 1 e 4ix + e 4ix 4 e ix + e ix + 6 16 = 1 8 cos 4x 1 cos x + 3 8 7

3. Eulers formler III Eulers formler III Så sin 4 x = 1 8 cos 4x 1 cos x + 3 8 Ved hjælp af denne formel beregnes integralet π 0 sin 4 xdx som følger π 0 sin 4 xdx = = π 1 0 8 cos 4x 1 cos x + 3 dx 8 [ 1 3 sin 4x 1 4 sin x + 3 ] π 8 x = 3π 8 0 8