Περίληψη
Το μάθημα αυτό ανοίγει την ενότητα που είναι αφιερωμένη στους μιγαδικούς αριθμούς σε πολική μορφή. Παρουσιάζει τα έξι μαθήματά της και το νήμα που τα ενώνει: η περιγραφή κάθε μιγαδικού με την απόστασή του από την αρχή των αξόνων και με τη διεύθυνσή του μετατρέπει το γινόμενο σε στροφή συντεθειμένη με διαστολή, τις δυνάμεις σε πολλαπλάσια μιας γωνίας και τις ρίζες σε κανονικά πολύγωνα. Ανασυνθέτει το ιστορικό υπόβαθρο αυτών των ιδεών, από τον τύπο της τριτοβάθμιας εξίσωσης που δημοσίευσε ο Καρντάνο το 1545 και τους κανόνες λογισμού του Μπομπέλι έως τη γεωμετρική παράσταση των Βέσελ, Αργκάν και Γκάους και τον τύπο του Όιλερ· θέτει το διπλό πρόβλημα από το οποίο γεννήθηκαν, αλγεβρικό και γεωμετρικό, που το συνοψίζει το παράδειγμα του μέσου αναλόγου μεταξύ του και του , και δείχνει πού χρησιμοποιούνται στη συνέχεια, σε αυτόν τον κύκλο μαθημάτων, σε άλλους κύκλους μαθημάτων του ιστοτόπου και στην επιστήμη και την τεχνική.
Μαθησιακοί στόχοι
- Να περιγράφει το περιεχόμενο κάθε μαθήματος της ενότητας και να εξηγεί γιατί διαδέχονται το ένα το άλλο με αυτή τη σειρά.
- Να αφηγείται, με τους πρωταγωνιστές και τις κατά προσέγγιση χρονολογίες τους, τη μετάβαση των μιγαδικών αριθμών από τέχνασμα υπολογισμού σε γεωμετρικό αντικείμενο, από τον Καρντάνο και τον Μπομπέλι έως τον Βέσελ, τον Αργκάν, τον Γκάους και τον Όιλερ.
- Να διατυπώνει το αλγεβρικό και το γεωμετρικό πρόβλημα από τα οποία γεννήθηκε η πολική μορφή, και να ερμηνεύει ως στροφές τον πολλαπλασιασμό με το και τους μέσους αναλόγους μεταξύ του και του .
- Να αναγνωρίζει τις εφαρμογές της πολικής μορφής στην ενότητα που ακολουθεί, σε άλλους κύκλους μαθημάτων του ιστοτόπου και στη φυσική και τη μηχανική.
Αρχική αξιολόγηση
Πριν διατρέξουμε την ενότητα, αξίζει να μετρήσουμε το σημείο εκκίνησης. Αυτός ο αυτοέλεγχος δεν βαθμολογείται: χρησιμεύει για να ξέρουμε τι κατέχουμε και πού να σταθούμε. Οι δέκα πρώτες ερωτήσεις αφορούν τα έξι μαθήματα περιεχομένου της ενότητας: μία το μάθημα για την πολική μορφή και μία εκείνο για τη γεωμετρία με μιγαδικούς· από δύο καθένα από τα μαθήματα για τον τύπο του Ντε Μουάβρ, για τις ρίζες και για τις πολυωνυμικές εξισώσεις· και δύο εκείνο για τη μιγαδική εκθετική συνάρτηση, από τις οποίες η δεύτερη είναι ένα πρόβλημα μοντελοποίησης που ζητά να διατυπωθεί με φάσορες μια κατάσταση σε πλαίσιο. Οι ίδιες δεξιότητες μετρώνται ξανά στο τέλος, στο μάθημα της σύνθεσης. Οι δύο τελευταίες ελέγχουν όσα η ενότητα θεωρεί γνωστά από τον πρώτο κύκλο μαθημάτων και από τις ενότητες που προηγήθηκαν: την αλγεβρική μορφή, τον συζυγή και το μέτρο, τις χαρακτηριστικές τιμές και τους τύπους αθροίσματος και διαφοράς.
Πριν ξεκινήσεις την ενότητα, μέτρησε το σημείο εκκίνησής σου. Είναι μια σύντομη αυτοαξιολόγηση: δεν βαθμολογείται και το αποτέλεσμα αποθηκεύεται μόνο στον περιηγητή σου.
Ερώτηση 1Ποιο είναι το πρωτεύον όρισμα του ;
Είναι η τοξεφαπτομένη του πηλίκου χωρίς διόρθωση: η τοξεφαπτομένη δίνει μόνο γωνίες του πρώτου και του τέταρτου τεταρτημορίου, και το είναι το όρισμα του αντίθετου σημείου, .Είναι ένα όρισμα του , αλλά όχι το πρωτεύον, επειδή δεν ανήκει στο · το πρωτεύον προκύπτει αν του αφαιρεθεί μία πλήρης στροφή.Είναι το όρισμα του , του τέταρτου τεταρτημορίου: λήφθηκε υπόψη το πρόσημο του φανταστικού μέρους, αλλά όχι εκείνο του πραγματικού.Το σημείο βρίσκεται στο τρίτο τεταρτημόριο. Η τοξεφαπτομένη του είναι , και επειδή το πραγματικό και το φανταστικό μέρος είναι αρνητικά, ο τύπος αφαιρεί : , που ανήκει στο .Επανάληψη: Η πολική μορφή των μιγαδικών αριθμών
Ερώτηση 2Να υπολογιστεί το .
Σωστή απάντηση:
Ο αριθμός έχει μέτρο και όρισμα . Από τον τύπο του Ντε Μουάβρ, η έκτη δύναμη έχει μέτρο και όρισμα : είναι . Όποιος βρίσκει ξέχασε ότι το όρισμα αντιστοιχεί στον αρνητικό πραγματικό ημιάξονα.Ερώτηση 3Ποια είναι η γραμμικοποίηση του ;
Έγινε πολλαπλασιασμός με αντί για : το του υψώνεται κι αυτό στο τετράγωνο. Για θα έδινε , ενώ το γινόμενο ισούται με .Το υποβιβάστηκε με τον τύπο του συνημιτόνου· εκείνος του ημιτόνου έχει πρόσημο μείον, . Για θα έδινε , ενώ το γινόμενο ισούται με .Η δύναμη υποβιβάστηκε χωρίς να διπλασιαστεί η γωνία: το τετράγωνο του γραμμικοποιείται με το συνημίτονο του , όχι του .Με , το γινόμενο είναι · από αυτό, , και με ύψωση στο τετράγωνο και υποβιβασμό της δύναμης προκύπτει . Για , και τα δύο μέλη ισούνται με .Ερώτηση 4Ποιος από αυτούς τους αριθμούς είναι τέταρτη ρίζα του ;
Έχει το σωστό μέτρο, αλλά το όρισμά του είναι το μισό του , όχι το ένα τέταρτο: , όχι .Είναι ο κανόνας των προσήμων για τις πραγματικές ρίζες περιττής τάξης, που δεν εφαρμόζεται εδώ: ένας πραγματικός υψωμένος σε άρτια δύναμη δεν είναι αρνητικός, και .Το όρισμα διαιρέθηκε σωστά, αλλά διαιρέθηκε με και το μέτρο, ενώ έπρεπε να εξαχθεί η τέταρτη ρίζα του: η τέταρτη δύναμη αυτού του αριθμού είναι .Ο αριθμός έχει μέτρο και όρισμα · οι τέταρτες ρίζες του έχουν μέτρο και ορίσματα . Για προκύπτει .Ερώτηση 5Πόσες πρωταρχικές ένατες ρίζες της μονάδας υπάρχουν;
Σωστή απάντηση:
Η ρίζα , με , είναι πρωταρχική αν και μόνο αν · οι φυσικοί έως το που είναι πρώτοι προς το είναι οι , , , , και . Όποιος βρίσκει μεταχειρίστηκε το σαν να ήταν πρώτος· οι ρίζες και είναι κυβικές ρίζες της μονάδας, και οι δυνάμεις τους επισκέπτονται μόνο τρεις ρίζες.Ερώτηση 6Ποιοι είναι οι μιγαδικοί που ικανοποιούν την ;
Είναι μια λύση της , όχι της . Το πρόσημο μείον απαιτεί το όρισμα του να είναι , με απόκλιση ακέραιου αριθμού στροφών, και η περιοδικότητα δίνει άπειρες λύσεις.Είναι οι λύσεις της : λείπει το όρισμα του αριθμού .Θετική είναι η πραγματική εκθετική· η μιγαδική παίρνει όλες τις μη μηδενικές τιμές, επειδή το φανταστικό μέρος του εκθέτη καθορίζει μια οποιαδήποτε διεύθυνση.Ο αριθμός έχει μέτρο και όρισμα . Αν , το μέτρο του είναι και το είναι ένα όρισμά του: η δίνει , και το διαφέρει από το κατά ακέραιο πολλαπλάσιο του .Επανάληψη: Η μιγαδική εκθετική συνάρτηση και ο τύπος του Όιλερ
Ερώτηση 7Δύο μεγάφωνα εκπέμπουν τον ίδιο καθαρό τόνο. Στη θέση όπου βρίσκεται όποιος ακούει, οι μεταβολές πίεσης που προκαλούν είναι και , σε μιλιπασκάλ. Ποιο είναι το πλάτος της συνολικής μεταβολής πίεσης, σε μιλιπασκάλ;
Σωστή απάντηση:
Κάθε ταλάντωση είναι το πραγματικό μέρος του φάσορά της πολλαπλασιασμένου με , και το άθροισμα δύο ταλαντώσεων της ίδιας συχνότητας έχει φάσορα το άθροισμα των φασόρων: , με μέτρο . Όποιος βρίσκει πρόσθεσε τα πλάτη, σαν να συνέπιπταν τα μέγιστα· όποιος βρίσκει τα αφαίρεσε, σαν να ήταν οι ταλαντώσεις σε αντίθεση φάσης· και όποιος βρίσκει μεταχειρίστηκε τους φάσορες σαν κάθετους.Επανάληψη: Η μιγαδική εκθετική συνάρτηση και ο τύπος του Όιλερ
Ερώτηση 8Ποια είναι η εικόνα του σημείου μέσω της στροφής κατά ένα τέταρτο του κύκλου, με θετική φορά, γύρω από το σημείο ;
Είναι το , η στροφή γύρω από την αρχή των αξόνων. Για στροφή γύρω από άλλο κέντρο, το κέντρο πρέπει να αφαιρεθεί πριν από τον πολλαπλασιασμό με το και να προστεθεί μετά.Είναι η στροφή με αρνητική φορά, τη φορά των δεικτών του ρολογιού, που πολλαπλασιάζει με το : η θετική φορά αντιστοιχεί στον πολλαπλασιασμό με το .Το προστέθηκε στο σημείο αντί για το κέντρο: η εικόνα είναι το κέντρο συν το στραμμένο διάνυσμα.Η στροφή με κέντρο και γωνία είναι η . Εδώ , η στροφή του είναι , και η εικόνα είναι .Επανάληψη: Γεωμετρία με μιγαδικούς αριθμούς
Ερώτηση 9Έστω , και οι ρίζες του . Να υπολογιστεί το .
Σωστή απάντηση:
Από τους τύπους του Βιέτ, και , και το άθροισμα των τετραγώνων είναι . Το ότι είναι αρνητικό δείχνει ότι δεν είναι όλες οι ρίζες πραγματικές. Όποιος βρίσκει σύγχυσε το άθροισμα των τετραγώνων με το τετράγωνο του αθροίσματος, και όποιος βρίσκει πρόσθεσε το αντί να το αφαιρέσει.Επανάληψη: Πολυωνυμικές εξισώσεις στους μιγαδικούς: Καρντάνο και Φεράρι
Ερώτηση 10Τι ρίζες έχει η εξίσωση ;
Αντιστοιχεί σε . Το πρόσημο υπολογίστηκε λάθος: με , ο όρος είναι αρνητικός, και η προκύπτει θετική.Απαιτεί , δηλαδή , πράγμα που εδώ δεν συμβαίνει.Μια τριτοβάθμια εξίσωση με πραγματικούς συντελεστές έχει πάντα μια πραγματική ρίζα, επειδή οι μη πραγματικές ρίζες της σχηματίζουν συζυγή ζεύγη και είναι τρεις συνολικά.Η διακρίνουσα είναι , θετική· είναι η μη αναγώγιμη περίπτωση, όπου ο τύπος του Καρντάνο περνά από κυβικές ρίζες μη πραγματικών αριθμών, αν και οι τρεις ρίζες είναι πραγματικές.Επανάληψη: Πολυωνυμικές εξισώσεις στους μιγαδικούς: Καρντάνο και Φεράρι
Ερώτηση 11Από προηγούμενες ενότητεςΠοιος είναι ο αντίστροφος του ;
Έγινε διαίρεση με το μέτρο και όχι με το τετράγωνό του: το γινόμενο ισούται με , όχι με .Αντιστράφηκαν χωριστά το πραγματικό και το φανταστικό μέρος· ο αντίστροφος ενός αθροίσματος δεν είναι το άθροισμα των αντιστρόφων.Ο συζυγής του είναι ο : η συζυγία αλλάζει το πρόσημο του φανταστικού μέρους, και μόνο αυτό.Ο αντίστροφος του είναι ο · εδώ και . Επαλήθευση: .Επανάληψη: Οι μιγαδικοί αριθμοί: πράξεις και εξισώσεις
Ερώτηση 12Από προηγούμενες ενότητεςΠοια είναι η ακριβής τιμή του ;
Είναι το συνημίτονο του : στο ημίτονο διαφοράς τα δύο γινόμενα αφαιρούνται.Είναι : το ημίτονο μιας διαφοράς δεν είναι η διαφορά των ημιτόνων.Είναι το ημίτονο του , του διπλάσιου της ζητούμενης γωνίας· το ημίτονο δεν είναι ανάλογο της γωνίας.Επειδή , από τον τύπο του ημιτόνου διαφοράς και τις χαρακτηριστικές τιμές, .Επανάληψη: Τύποι αθροίσματος, διαφοράς, διπλάσιας και μισής γωνίας
Φόρτωση του περιεχομένου…
Ολοκληρώθηκε
Συνδεθείτε για να αποθηκεύσετε την πρόοδό σας