Loading...
 

Zbiory liczb zespolonych - interpretacja geometryczna

Rozpoczniemy od interpretacji geometrycznej liczb zespolonych w postaci algebraicznej.


Rozważmy nierówność
\( \mathfrak{Re}z+2\mathfrak{Im}z \leqslant 1, \)

gdzie \( z \) jest liczbą zespoloną. Zauważmy, że choć między liczbami zespolonymi nie określa się nierówności, to nasza nierówność dotyczy w istocie liczb rzeczywistych, bowiem zarówno \( \mathfrak{Re}z \) jak i \( \mathfrak{Im} z \) są liczbami rzeczywistymi.
W rozwiązaniu wykorzystamy postać algebraiczną liczby \( z \).
Niech \( z=x+iy \), gdzie \( x,y\in\mathbb{R} \).

Rozważana nierówność ma teraz postać

\( x+2y \leqslant 1, \)

co po przekształceniu daje

\( y \leqslant -\frac{x}{2}+\frac{1}{2}. \)

Geometrycznie zatem rozwiązaniem jest zbiór

Image
Rysunek 1:

Na płaszczyźnie zespolonej narysujemy zbiór liczb zespolonych spełniających warunek:
\( \mathfrak{Im} \lbrack (1+2\mathrm{i})z-3i \rbrack \lt 0. \)

Skorzystamy z postaci algebraicznej liczby \( z \). Niech \( z=x+iy \), gdzie \( x,y\in\mathbb{R} \).

Oznaczmy przez \( w \) liczbę \( (1+2i)z-3i \). Mamy:

\( w=(1+2i)(x+iy)-3i= \)
\( =x+iy+2ix+2i^{2}y-3i= \)
\( =x-2y+i(y+2x-3). \)

Rozwiązując nierówność \( \mathrm{Im}w \lt 0 \) otrzymujemy

\( y+2x-3 \lt 0, \)

co po przekształceniu daje

\( y \lt -2x+3. \)

Rozwiązanie zadania przedstawia się zatem następująco:

Image
Rysunek 2:

Bardzo ważna jest umiejętność interpretacji geometrycznej równań i nierówności z modułem i argumentem liczby zespolonej.


Na płaszczyźnie zespolonej narysujemy zbiór liczb zespolonych spełniających warunki:
\( \frac{\pi}{6}<\mathrm{Arg} z\leqslant \frac{2}{3}\pi\quad \textrm{oraz}\quad |z|\leqslant 2. \)

Mamy kolejno: zbiór liczb zespolonych \( z \) takich, że \( \mathrm{Arg}z>\frac{\pi}{6} \)

Image
Rysunek 3:

następnie zbiór liczb zespolonych \( z \) takich, że \( \mathrm{Arg}z \leqslant \frac{2}{3}\pi \)

Image
Rysunek 4:

oraz zbiór liczb zespolonych \( z \) takich, że \( |z| \leqslant 2 \)

Image
Rysunek 5:

Częścią wspólną jest zatem

Image
Rysunek 6:

Na płaszczyźnie zespolonej narysujemy zbiór liczb zespolonych spełniających warunek
\( |z+2-3i| \lt 2. \)

Nierówność \( |z-z_{0}| \lt r \) dla \( r \gt 0 \) opisuje zbiór liczb zespolonych leżących w odległości mniejszej od \( r \) od liczby \( z_{0} \). Geometrycznie jest to zatem koło bez brzegu o środku w punkcie \( z_{0} \) i promieniu równym \( r \).

Przekształcamy wyjściową nierówność

\( |z+2-3i|<2 \Leftrightarrow |z-(-2+3i)| \lt 2, \)

skąd \( z_{0}=-2+3i \) oraz \( r=2 \).
Wobec tego rozwiązaniem nierówności \( |z+2-3i| \lt 2 \) jest zbiór

Image
Rysunek 7:

Na płaszczyźnie zespolonej narysujemy zbiór liczb zespolonych spełniających równanie
\( |z-2i+1|=|z-4-i|. \)

Równanie \( |z-z_{1}|=|z-z_{2}| \) opisuje zbiór liczb zespolonych, które leżą w takiej samej odległości od liczb \( z_{1} \) i \( z_{2} \). Geometrycznie jest to więc symetralna odcinka łączącego \( z_{1} \) i \( z_{2} \).

Przekształcamy wyjściowe równanie

\( |z-2i+1|=|z-4-i|\Leftrightarrow |z-(-1+2i)|=|z-(4+i)|, \)

skąd \( z_{1}=-1+2i \) oraz \( z_{2}=4+i \). Zatem rozwiązaniem równania \( |z-2i+1|=|z-4-i| \) jest zbiór

Image
Rysunek 8:



Ostatnio zmieniona Poniedziałek 19 z Wrzesień, 2016 20:47:56 UTC Autor: Agnieszka Kowalik
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.