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Topos Uranos

Zusammenfassung

Diese Lektion eröffnet die Einheit über die komplexen Zahlen in Polarform. Sie stellt ihre sechs Lektionen und den Faden vor, der sie verbindet: Beschreibt man jede komplexe Zahl durch ihren Abstand vom Ursprung und durch ihre Richtung, so wird das Produkt zu einer Drehung verknüpft mit einer Streckung, die Potenzen werden zu Vielfachen eines Winkels und die Wurzeln zu regelmäßigen Vielecken. Sie rekonstruiert den historischen Hintergrund dieser Ideen, von der Formel für die kubische Gleichung, die Cardano 1545 veröffentlichte, und den Rechenregeln Bombellis bis zur geometrischen Darstellung von Wessel, Argand und Gauß und zur eulerschen Formel; sie stellt das doppelte Problem, aus dem sie entstanden, das algebraische und das geometrische, das das Beispiel der mittleren Proportionale zwischen 11 und −1-1 zusammenfasst, und zeigt, wo sie später verwendet werden: in diesem Kurs, in anderen Kursen der Website und in Wissenschaft und Technik.

Lernziele

  1. Den Inhalt jeder Lektion der Einheit beschreiben und erklären, warum sie in dieser Reihenfolge aufeinander folgen.
  2. Mit seinen Protagonisten und ihren ungefähren Daten den Übergang der komplexen Zahlen vom Rechenkunstgriff zum geometrischen Objekt schildern, von Cardano und Bombelli bis zu Wessel, Argand, Gauß und Euler.
  3. Das algebraische und das geometrische Problem formulieren, aus denen die Polarform entstand, und das Produkt mit ii sowie die mittleren Proportionalen zwischen 11 und −1-1 als Drehungen deuten.
  4. Die Anwendungen der Polarform in der nächsten Einheit, in anderen Kursen der Website und in Physik und Ingenieurwesen erkennen.

Eingangstest

Bevor man die Einheit durcharbeitet, empfiehlt es sich, den Ausgangspunkt zu messen. Diese Selbstüberprüfung wird nicht benotet: Sie dient dazu, zu erkennen, was man beherrscht und wo man verweilen sollte. Die ersten zehn Fragen betreffen die sechs inhaltlichen Lektionen der Einheit: eine die Lektion über die Polarform und eine andere die über Geometrie mit komplexen Zahlen; je zwei die Lektionen über die Formel von de Moivre, über die Wurzeln und über die Polynomgleichungen; und zwei die über die komplexe Exponentialfunktion, von denen die zweite ein Modellierungsproblem ist, das verlangt, eine Situation aus einem Sachzusammenhang mit Zeigern aufzustellen. Dieselben Fertigkeiten werden am Ende in der Lektion zur Synthese erneut gemessen. Die letzten zwei prüfen, was die Einheit aus Kurs I und aus den vorangehenden Einheiten als bekannt voraussetzt: die algebraische Form, die Konjugierte und den Betrag, die besonderen Werte und die Additionstheoreme.

Eingangstest

Miss vor Beginn der Einheit deinen Ausgangspunkt. Es ist eine kurze Selbsteinschätzung: Sie wird nicht benotet, und das Ergebnis wird nur in deinem Browser gespeichert.

  1. Frage 1Was ist das Hauptargument von z=−1−i3z = -1 - i\sqrt{3}?

  2. Frage 2Man berechne (3+i)6\left( \sqrt{3} + i \right)^6.

  3. Frage 3Wie lautet die Linearisierung von sin⁡2θcos⁡2θ\sin^2 \theta \cos^2 \theta?

  4. Frage 4Welche dieser Zahlen ist eine vierte Wurzel von −16-16?

  5. Frage 5Wie viele primitive neunte Einheitswurzeln gibt es?

  6. Frage 6Welche komplexen Zahlen zz erfüllen ez=−ee^z = -e?

  7. Frage 7Zwei Lautsprecher senden denselben reinen Ton aus. An dem Ort, an dem sich die zuhörende Person befindet, erzeugen sie die Druckschwankungen 3cos⁡(ωt)3 \cos(\omega t) und 8cos⁡(ωt+2π3)8 \cos\left( \omega t + \frac{2\pi}{3} \right), in Millipascal. Welche Amplitude hat die gesamte Druckschwankung, in Millipascal?

  8. Frage 8Was ist das Bild des Punktes 3+i3 + i bei der Vierteldrehung im positiven Drehsinn um den Punkt 1+i1 + i?

  9. Frage 9Es seien z1z_1, z2z_2 und z3z_3 die Nullstellen von z3−2z2+5z−1z^3 - 2z^2 + 5z - 1. Man berechne z12+z22+z32z_1^2 + z_2^2 + z_3^2.

  10. Frage 10Wie sehen die Lösungen der Gleichung t3−6t+2=0t^3 - 6t + 2 = 0 aus?

  11. Frage 11Aus früheren EinheitenWas ist das Inverse von 3−4i3 - 4i?

  12. Frage 12Aus früheren EinheitenWas ist der exakte Wert von sin⁡π12\sin \frac{\pi}{12}?