요약
이 수업은 극형식의 복소수를 다루는 단원을 연다. 단원의 여섯 수업과 그것들을 잇는 줄기를 소개한다. 각 복소수를 원점으로부터의 거리와 방향으로 기술하면, 곱은 회전과 확대의 합성으로, 거듭제곱은 한 각의 배수로, 거듭제곱근은 정다각형으로 바뀐다. 이 생각들의 역사적 배경을, 1545년에 카르다노가 발표한 삼차방정식의 공식과 봄벨리의 계산 규칙에서부터 베셀, 아르강, 가우스의 기하학적 표현과 오일러 공식에 이르기까지 재구성한다. 또한 그것들을 낳은 이중의 문제, 곧 대수적 문제와 기하학적 문제를 제기하는데, 과 사이의 비례중항이라는 예가 이 문제를 요약한다. 그리고 그것들이 이후 어디에서 쓰이는지를, 이 강좌, 사이트의 다른 강좌, 과학과 기술에 걸쳐 보여 준다.
학습 목표
- 단원의 각 수업의 내용을 기술하고, 그 수업들이 왜 그 순서로 이어지는지 설명한다.
- 주요 인물과 대략적인 연대를 들어, 카르다노와 봄벨리에서 베셀, 아르강, 가우스, 오일러에 이르기까지 복소수가 계산상의 기교에서 기하학적 대상으로 옮겨 간 과정을 이야기한다.
- 극형식을 낳은 대수적 문제와 기하학적 문제를 진술하고, 수를 곱하는 것과 과 사이의 비례중항들을 회전으로 해석한다.
- 극형식의 응용을 이어지는 단원, 사이트의 다른 강좌, 물리학과 공학에서 찾아낸다.
입문 평가
단원을 공부하기 전에 출발점을 재어 두는 것이 좋다. 이 자기 점검은 점수를 매기지 않으며, 무엇을 익혔는지와 어디에서 멈추어 살펴야 할지를 알게 해 준다. 처음 열 문항은 단원의 여섯 내용 수업을 다룬다. 극형식의 수업과 복소수를 이용한 기하의 수업에 각각 한 문항, 드무아브르 공식의 수업, 거듭제곱근의 수업, 다항방정식의 수업에 각각 두 문항, 복소지수함수의 수업에 두 문항을 두며, 그 두 번째 문항은 페이저를 이용하여 맥락 속의 상황을 식으로 세우도록 요구하는 모형화 문제이다. 같은 능력은 마지막에 종합 수업에서 다시 측정된다. 마지막 두 문항은 단원이 강좌 I과 앞선 단원들에서 알고 있다고 보는 것, 곧 대수적 형태, 켤레와 절댓값, 특수각의 값, 덧셈정리를 확인한다.
단원을 시작하기 전에 출발점을 확인해 보세요. 짧은 자기 평가입니다. 점수가 매겨지지 않으며 결과는 브라우저에만 저장됩니다.
문제 1 수의 편각의 주값은 무엇인가?
보정하지 않은 몫의 아크탄젠트이다. 아크탄젠트는 제1사분면과 제4사분면의 각만 주며, 값은 반대편 점 의 편각이다.수의 편각 가운데 하나이지만, 범위에 속하지 않으므로 주값이 아니다. 주값은 한 바퀴를 빼서 얻는다.제4사분면에 있는 수의 편각이다. 허수부분의 부호는 고려했지만 실수부분의 부호는 고려하지 않았다.점 의 위치는 제3사분면이다. 값의 아크탄젠트는 값이고, 실수부분과 허수부분이 모두 음수이므로 공식은 값을 뺀다. 결과는 값이며, 이는 범위에 속한다.복습: 복소수의 극형식
문제 2 값을 계산하라.
정답:
수 의 절댓값은 , 편각은 값이다. 드무아브르 공식에 의해 여섯제곱의 절댓값은 , 편각은 값이며, 그 결과는 값이다. 값을 얻은 사람은 편각 값이 실수축의 음의 부분에 대응한다는 것을 잊은 것이다.문제 3 식의 선형화는 무엇인가?
수를 곱했는데, 곱해야 할 것은 수였다. 수( 식의)도 제곱된다. 값일 때 값이 나오지만, 곱의 값은 값이다.식을 코사인의 공식으로 차수를 낮췄다. 사인의 공식에는 음의 부호가 붙으며, 식이다. 값일 때 값이 나오지만, 곱의 값은 값이다.각을 두 배로 하지 않고 차수를 낮췄다. 식의 제곱은 각의 코사인으로 선형화되며, 각의 코사인이 아니다.식으로 두면 곱 식은 식이다. 이로부터 식이 나오고, 제곱하여 차수를 낮추면 식이 된다. 값일 때 양변은 모두 값과 같다.문제 4아래의 수 가운데 수의 네제곱근은 어느 것인가?
절댓값은 옳지만, 그 편각 값은 값의 절반이지 사분의 일이 아니다. 식이며, 식이 아니다.홀수 차수의 실수 거듭제곱근에 대한 부호 규칙인데, 여기에는 적용되지 않는다. 실수를 짝수 번 거듭제곱하면 음수가 되지 않으며, 식이다.편각은 바르게 나누었지만 절댓값까지 수로 나누었다. 절댓값은 네제곱근을 취해야 했다. 이 수의 네제곱은 값이다.수 의 절댓값은 , 편각은 값이다. 그 네제곱근들의 절댓값은 , 편각은 값이다. 값일 때 수가 나온다.문제 51의 원시 아홉제곱근은 몇 개인가?
정답:
근 (단, )의 경우, 원시근일 필요충분조건은 식이다. 이하의 자연수 가운데 수와 서로소인 것은 , , , , , 수이다. 값을 얻은 사람은 수를 소수인 것처럼 다룬 것이다. 근 수와 수는 1의 세제곱근이며, 그 거듭제곱은 세 근만을 돈다.문제 6복소수 가운데 식을 만족시키는 것은 무엇인가?
이것은 식의 해이지, 식의 해가 아니다. 음의 부호는 수의 편각이 회전 수의 정수배 차이를 제외하고 값이 될 것을 요구하며, 주기성 때문에 해는 무한히 많다.식의 해이다. 편각 값(수 의 편각)이 빠져 있다.양수인 것은 실수 지수함수이다. 복소지수함수는 영이 아닌 모든 값을 취한다. 지수의 허수부분이 임의의 방향을 정하기 때문이다.수 의 절댓값은 , 편각은 값이다. 식으로 두면 수의 절댓값은 값이고, 수는 그 편각의 하나이다. 식에서 식이 나오고, 수와 수의 차는 수의 정수배이다.복습: 복소지수함수와 오일러 공식
문제 7두 스피커가 같은 순음을 낸다. 듣는 사람이 있는 곳에서 두 스피커가 만드는 압력 변화는 식과 식이며, 단위는 밀리파스칼이다. 전체 압력 변화의 진폭은 몇 밀리파스칼인가?
정답:
각 진동은 그 페이저에 식을 곱한 것의 실수부분이며, 진동수가 같은 두 진동의 합은 두 페이저의 합을 페이저로 갖는다. 그 합은 식이고, 그 절댓값은 값이다. 값을 얻은 사람은 최댓값들이 일치하는 것처럼 진폭을 더했고, 값을 얻은 사람은 진동들이 역위상인 것처럼 진폭을 뺐으며, 값을 얻은 사람은 페이저들을 서로 수직인 것처럼 다루었다.복습: 복소지수함수와 오일러 공식
문제 8점 의, 점 둘레의 양의 방향으로의 사분의 일 회전에 의한 상은 무엇인가?
수, 곧 원점 둘레의 회전이다. 다른 중심의 둘레로 회전하려면 수를 곱하기 전에 중심을 빼고, 곱한 뒤에 더해야 한다.음의 방향, 곧 시계 방향의 회전으로, 수를 곱하는 것이다. 양의 방향은 수를 곱하는 것에 대응한다.수를 중심이 아니라 점에 더했다. 상은 중심에 회전된 벡터를 더한 것이다.중심이 점이고 각이 값인 회전은 식이다. 여기서 식이고, 그 회전은 수이며, 상은 수이다.복습: 복소수를 이용한 기하
문제 9, , 수를 식의 근이라 하자. 값을 계산하라.
정답:
근과 계수의 관계에 의해 식과 식이 성립하고, 제곱의 합은 값이다. 음수라는 것은 모든 근이 실수인 것은 아님을 보여 준다. 값을 얻은 사람은 제곱의 합을 합의 제곱과 혼동했고, 값을 얻은 사람은 식을 빼는 대신 더했다.문제 10방정식 의 근은 어떠한가?
식인 경우에 해당한다. 부호를 잘못 계산했다. 값일 때 항 식은 음수이고, 값은 양수가 된다.식, 곧 식이 필요한데, 여기서는 그렇지 않다.실계수 삼차방정식은 항상 실근을 갖는다. 실수가 아닌 근들은 켤레쌍을 이루고, 근은 모두 세 개이기 때문이다.판별식은 값으로 양수이다. 이것은 환원 불능의 경우로, 세 근이 모두 실수인데도 카르다노 공식은 실수가 아닌 수의 세제곱근을 거친다.문제 11이전 단원에서 수의 역수는 무엇인가?
절댓값의 제곱이 아니라 절댓값으로 나누었다. 곱 식의 값은 값이지, 값이 아니다.실수부분과 허수부분을 따로 역수로 바꾸었다. 합의 역수는 역수의 합이 아니다.수의 켤레는 수이다. 켤레를 취하면 허수부분의 부호가 바뀌며, 바뀌는 것은 그것뿐이다.수의 역수는 수이다. 여기서 수이고 값이다. 확인하면 식이다.복습: 복소수: 연산과 방정식
문제 12이전 단원에서의 정확한 값은 무엇인가?
각의 코사인이다. 차의 사인에서는 두 곱을 뺀다.식이다. 차의 사인은 사인의 차가 아니다.각의 사인으로, 구하는 각의 두 배이다. 사인은 각에 비례하지 않는다.식이므로, 차의 사인 공식과 특수각의 값에 의해 식이다.
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