Complexe getallen: Complexe functies
Complexe machten
We hebben gezien dat we met complexe getallen kunnen optellen, aftrekken, vermenigvuldigen, delen en machtsverheffen tot een gehele macht. We zullen nu laten zien hoe we in de complexe getallen de -macht en de sinus- en cosinusfunctie definiëren. Dit leidt tot voorbeelden van complexe functies, dat wil zeggen: functies die een domein en een bereik hebben dat uit complexe getallen bestaat. Ons eerste doel is voor elk positief reëel getal de macht met als exponent een willeurig complex getal te definiëren. We beginnen met het speciale grondtal , het getal van Euler.
Complexe machten van het getal van Euler
Voor ieder complex getal definiëren we het complexe getal door
De functie die aan het complexe getal toevoegt, noemen we ook de exponentiële functie en geven we aan met , zodat .
In deze definitie gebruiken we de -macht, die bekend is van de reële getallen.
Als een reëel getal is, dan is en , wat samenvalt met de bekende, reële, -macht. Derhalve is de definitieverzameling van de -macht uitgebreid van naar . Met andere woorden: het domein van de functie is .
Omdat de reële -macht nooit gelijk is aan , is de complexe -macht ook nooit gelijk aan : Een getal waarvan de absolute waarde ongelijk aan is, is dus zelf ook ongelijk aan .
Formule van Euler Voor elk reëel getal geldt:
Bijgevolg hebben we een zeer compacte notatie voor het complexe getal gegeven door de poolcoördinaten voor de absolute waarde en voor het argument: We noemen deze uitdrukking de polaire vorm van het complexe getal.
Bewijs: Het rechter lid heeft absolute waarde en argument . We gaan na dat het linker lid dezelfde absolute waarde en hetzelfde argument modulo heeft.
De laatste opmerking volgt uit het feit dat het complexe getal met absolute waarde en argument uit de theorie van poolcoördinaten bekend is als , wat gelijk is aan , en nu dus herschreven kan worden als .
Met behulp van de absolute waarde en de hoofdwaarde van het argument is de polaire vorm van ook te schrijven als
Na de macht van kunnen we natuurlijk ook andere grondtallen aan.
Complexe macht van een positief reëel getal
Laat een positief reëel getal zijn en een complex getal. Dan schrijven we
Voorbeeld: .
Als een reëel getal is, dan komt deze definitie overeen met de bekende:
Later, als we de complexe logaritme invoeren, kunnen we gebruiken als in bovenstaande formule om de complexe macht van een complex getal de definiëren. De mogelijkheden voor het grondtal in de formule zijn daarmee niet meer beperkt tot een positief reëel getal. Dat is ten dele al eerder gebeurd voor en : bij de definitie van de wortel van een negatief getal hebben we de wortel van ingevoerd als , zodat . We hebben opgemerkt dat ook als kwadraat heeft. In het algemeen moeten we, om te definiëren, een keuze maken voor het teken. Die keuze wordt door de complexe logaritme gemaakt.
Hiermee is de complexe macht van elk positief reëel getal vastgelegd.
omptest.org als je een OMPT examen moet maken.