Funkcje analityczne. Wykład 2. Płaszczyzna zespolona. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2017/2018)

Podobne dokumenty
Rozdział 2. Liczby zespolone

Funkcje analityczne. Wykład 1. Co to są i do czego służą funkcje analityczne? Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017)

Rozdział 2. Liczby zespolone

Funkcje analityczne. Wykład 3. Funkcje holomorficzne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017) z = x + iy A

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

1. Liczby zespolone. Jacek Jędrzejewski 2011/2012

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

Liczby zespolone. P. F. Góra (w zastępstwie prof. K. Rościszewskiego) 27 lutego 2007

Wykłady z matematyki Liczby zespolone

1. Liczby zespolone i

Matematyka liczby zespolone. Wykład 1

Kurs wyrównawczy - teoria funkcji holomorficznych

Przekształcenia całkowe. Wykład 1


1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

Zadania egzaminacyjne

Kolorowa płaszczyzna zespolona

Matematyka w Instytucie Akustyki. Maciej Radziejewski

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Informacja o przestrzeniach Hilberta

ALGEBRA z GEOMETRIA, ANALITYCZNA,

Dr Maciej Grzesiak, Instytut Matematyki

Funkcje analityczne. Wykład 12

Praca domowa - seria 2

Przestrzenie wektorowe

1. Liczby zespolone Zadanie 1.1. Przedstawić w postaci a + ib, a, b R, następujące liczby zespolone (1) 1 i (2) (5)

Lista. Algebra z Geometrią Analityczną. Zadanie 1 Przypomnij definicję grupy, które z podanych struktur są grupami:

Liczby zespolone. Katarzyna Grabowska. Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, Katedra Metod Matematycznych Fizyki. Letnia Szkoła Fizyki, Płock 2008

Chcąc wyróżnić jedno z działań, piszemy np. (, ) i mówimy, że działanie wprowadza w STRUKTURĘ ALGEBRAICZNĄ lub, że (, ) jest SYSTEMEM ALGEBRAICZNYM.

GAL 80 zadań z liczb zespolonych

1 Elementy logiki i teorii mnogości

dr inż. Ryszard Rębowski 1 WPROWADZENIE

Liczby zespolone i ich zastosowanie do wyprowadzania tożsamości trygonometrycznych.

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

ELEKTROTECHNIKA Semestr 1 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Przedstaw w postaci algebraicznej liczby zespolone: (3 + 2j)(5 2j),

macierze jednostkowe (identyczności) macierze diagonalne, które na przekątnej mają same

LICZBY ZESPOLONE. 1. Wiadomości ogólne. 2. Płaszczyzna zespolona. z nazywamy liczbę. z = a + bi (1) i = 1 lub i 2 = 1

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ zadania z odpowiedziami

Matematyczne Metody Fizyki I Dr hab. inż. Mariusz Przybycień

Zestaw 2. Definicje i oznaczenia. inne grupy V 4 grupa czwórkowa Kleina D n grupa dihedralna S n grupa symetryczna A n grupa alternująca.

1 Macierze i wyznaczniki

Podstawowe struktury algebraiczne

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

1 Działania na zbiorach

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Matematyczne Metody Fizyki I

Lista. Algebra z Geometrią Analityczną. Zadanie 1 Zapisz za pomocą spójników logicznych i kwantyfikatorów: x jest większe niż 6 lub mniejsze niż 4

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2, lato 2016/17

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Przestrzenie liniowe

Spis treści Wstęp Liczby zespolone Funkcje elementarne zmiennej zespolonej Wielomiany Macierze i wyznaczniki

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Informatyka Stosowana. a b c d a a b c d b b d a c c c a d b d d c b a

Lista nr 1 - Liczby zespolone

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

FUNKCJE ZESPOLONE Lista zadań 2005/2006

Pierwiastki kwadratowe z liczby zespolonej

Zajmijmy się najpierw pierwszym równaniem. Zapiszmy je w postaci trygonometrycznej, podstawiając z = r(cos ϕ + i sin ϕ).

= i Ponieważ pierwiastkami stopnia 3 z 1 są (jak łatwo wyliczyć) liczby 1, 1+i 3

Wykład 16. P 2 (x 2, y 2 ) P 1 (x 1, y 1 ) OX. Odległość tych punktów wyraża się wzorem: P 1 P 2 = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2

ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ. 1. Ciała

Funkcje analityczne. Wykład 4. Odwzorowania wiernokątne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2017/2018)

Podstawowe struktury algebraiczne

Aby przygotować się do kolokwiów oraz do egzaminów należy ponownie przeanalizować zadania

Projekt Informatyka przepustką do kariery współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Liczby zespolone. Niech C = R 2. Zdefiniujmy dwa działania w C. Dodawanie + : C 2 C zdefiniowane jest przez

Funkcje elementarne. Matematyka 1

Wykład 15. Matematyka 3, semestr zimowy 2011/ listopada 2011

Algebra z Geometrią Analityczną. { x + 2y = 5 x y = 9. 4x + 5y 3z = 9, 2x + 4y 3z = 1. { 2x + 3y + z = 5 4x + 5y 3z = 9 7 1,

Matematyka A kolokwium 26 kwietnia 2017 r., godz. 18:05 20:00. i = = i. +i sin ) = 1024(cos 5π+i sin 5π) =

Algebra liniowa i geometria analityczna. Autorzy: Agnieszka Kowalik Michał Góra

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Sylabus do programu kształcenia obowiązującego od roku akademickiego 2012/13

1 Przestrzeń liniowa. α 1 x α k x k = 0

(4) W zbiorze R R definiujemy działania i wzorami. (a, b) (c, d) =(a + c, b + d),

Grupy, pierścienie i ciała

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Funkcje analityczne. Wykład 4. Odwzorowania wiernokątne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017) dla każdego s = (s.

Matematyka. rok akademicki 2008/2009, semestr zimowy. Konwersatorium 1. Własności funkcji

1 + iϕ n. = cos ϕ + i sin ϕ. e n z n n n. c M n z n, c n z Mn.

Algebra abstrakcyjna

Indeks odwzorowania zmiennej zespolonej wzgl. krzywej zamknietej

Treści programowe. Matematyka. Literatura. Warunki zaliczenia. Funkcje elementarne. Katarzyna Trąbka-Więcław

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

dr Mariusz Grządziel 15,29 kwietnia 2014 Przestrzeń R k R k = R R... R k razy Elementy R k wektory;

Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni ,5 1

Szeregi funkcyjne. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

Treści programowe. Matematyka 1. Efekty kształcenia. Literatura. Warunki zaliczenia. Ogólne własności funkcji. Definicja 1. Funkcje elementarne.

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

Przykładowe zadania na egzamin z matematyki - dr Anita Tlałka - 1

Niezb. ednik matematyczny. Niezb. ednik matematyczny

DB Algebra liniowa semestr zimowy 2018

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 2 POZIOM PODSTAWOWY. Etapy rozwiązania zadania

Analiza funkcjonalna 1.

Algebra liniowa z geometria. - zadania Rok akademicki 2010/2011

Przestrzeń unitarna. Jacek Kłopotowski. 23 października Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH

15. Macierze. Definicja Macierzy. Definicja Delty Kroneckera. Definicja Macierzy Kwadratowej. Definicja Macierzy Jednostkowej

Transkrypt:

Funkcje analityczne Wykład 2. Płaszczyzna zespolona Paweł Mleczko Funkcje analityczne (rok akademicki 2017/2018) Plan wykładu W czasie wykładu omawiać będziemy różne reprezentacje płaszczyzny zespolonej podstawowe funkcje związane z płaszczyzną zespoloną (sprzężenie, moduł) elementarne zastosowanie funkcji zespolonych uzwarcenie C, czyli sferę Riemanna 1. Płaszczyzna zespolona Liczby zespolone jako zbiór C = {z = x + iy : x, y R, i 2 = 1} = {(x, y) : x, y R} = R 2 Jeśli z = x + iy, to x nazywamy częścią rzeczywistą liczby z (czasmi pisać będziemy Re z) y nazywamy częścią urojoną liczby z (czasmi pisać będziemy Im z) Liczby zespolone jako ciało (struktura algebraiczna) gdzie (C, +, ) (x 1 + iy 1 ) + (x 2 + iy 2 ) = (x 1 + x 1 ) + i(y 1 + y 2 ) (x 1 + iy 1 ) (x 2 + iy 2 ) = (x 1 x 2 y 1 y 2 ) + i(x 1 y 2 + y 1 x 2 ). Działania spełniają dobre własności, tzn. zarówno dodawanie, jak i mnożenie jest łączne przemienne istnieją elementy neutralne działań istnieją elementy odpowiednio przeciwny oraz odwrotny (dla niezerowej liczby) Ponadto mnożenie jest rozdzielne względem dodawania. Liczby zespolone jako przestrzeń liniowa C jest przestrzenią liniową (bo jest ciałem elementarny przykład przestrzeni liniowej). O liczbach zespolonych można również myśleć jako przestrzeni liniowej nad R. Wówczas C jest przestrzenią liniową dwuwymiarową. Więcej o przestrzeniach liniowych w: A. Sołtysiak Algebra liniowa Poznań 2003. Liczby zespolone jako macierze 1

Zbiór macierzy postaci ( a ) b b a a, b R z działaniem dodawania i mnożenia macierzy jest izomorficzny z C. Sprzężenie Sprzężeniem liczby zespolonej z = x + iy nazywamy liczbę z = x iy. Własności: z = z (sprzężenie jest inwolutywne) z + w = z + w (sprzężenie jest addytywne) zw = z w (sprzężenie jest multiplikatywne) Moduł Funkcja : C [0, ) dana wzorem nazywana jest modułem liczby zespolonej. Własności: zz = z 2 zw = z w z + w z + w (nierówność trójkąta) z = x + iy = x 2 + y 2 Liczby zespolone jako przestrzeń metryczna Funkcja d: C C [0, ) dana wzorem jest odległością w C. d(z 1, z 2 ) = z 1 z 2 Postać trygonometryczna C = {(r, t) : r [0, ), t [0, 2π)} z 1 = r 1 (cos t 1 + i sin t 1 ) z 2 = r 2 (cos t 2 + i sin t 2 ) r 1, r 2 [0, ), t i, t 2 [0, 2π) Dodawanie liczb z 1 + z 2 = r 1 cos t 1 + r 2 cos t 2 + i(r 1 sin t 1 + r 2 sin t 2 ) Mnożenie liczb z 1 z 2 = r 1 r 2 ( cos(t1 + t 2 ) + i sin(t 1 + t 2 ) ) Mnożąc liczby zespolone należy dodać ich moduły. Postać trygonometryczna 2

Im z = r(cos t + i sin t) r t Re Zastosowanie w matematyce elementarnej Zadanie 2. Uzasadnić wzór na sumę kosinusów dwóch kątów: cos α + cos β = 2 cos α + β 2 cos β α 2 α, β R. Ciało C jest algebraicznie domknięte Twierdzenie 1 (Zasadnicze twierdzenie algebry). Każdy wielomian zespolony stopnia n a 0 + a 1 z + a 2 z 2 + + a n z n, a i C, i = 0, 1,..., n ma pierwiastek, tzn. istnieje taka liczba z 0, że a 0 + a 1 z 0 + a 2 z 2 0 + + a n z n 0 = 0. Wzór de Moivre a Jeśli z = cos α + i sin α, to z n = z n (cos nα + i sin nα) Dowód indukcyjnie! Pierwiastki liczb zespolonych Liczba w jest pierwiastkiem stopnia n z liczby zespolonej z, jeśli Pierwiastek nie jest wyznaczony jednoznacznie! Dokładniej, jeśli z = r(cos α + i sin α), to n ( z = n r cos α + 2kπ n w n = z. + i sin α + 2kπ ), k = 0, 1,..., n 1. n Pierwiastki rozmieszczone są na okręgu o promieniu n r w punktach będących wierzchołkami n-kąta foremnego. Granica ciągów liczb zespolonych Twierdzenie 2. Ciąg {z n = x n + iy n } C jest zbieżny do granicy z 0 = x + iy C wtedy i tylko wtedy, gdy lim x n = x, lim y n = y. n n 3

Szeregi liczb zespolonych Niech {z n } będzie ciągiem liczb zespolonych. Ciąg s n := nazywamy ciągiem sum częściowych. Jeśli ciąg {s n } jest zbieżny, to jego granice nazywamy szeregiem i oznaczamy symbolem z n. Szereg nazywamy bezwzględnie zbieżnym, gdy zbieżny jest szereg z n. n k=1 Twierdzenie 3. Szereg z n jest zbieżny do liczby z wtedy i tylko wtedy, gdy zbieżne są szeregi oraz Re z n = Re x oraz z k Im z n = Im z. 2. Sfera Riemanna Sfera dwuwymiarowa Domknięta płaszczyzna zespolona Płaszczyznę C można utożsamić ze sferą S 2 \ N bez jednego punktu. To utożsamienie może być realizowane np. przez funkcję S : C S 2 \ N (nazywaną rzutem stereograficznym) daną wzorem S(x + iy) = (ξ, η, τ) z = x + iy C gdzie ξ = Przekształcenie odwrotne S 1 : S 2 \ N C x y 1 + z 2 η = 1 + z 2 τ = z 2 1 + z 2. S 1 (ξ, η, τ) = x + iy (ξ, η, τ) S 2 \ N dane jest za pomocą wzoru x = ξ 1 τ y = η 1 τ. Jeśli przyjmiemy, że obrazem w rzucie stereograficznym punktu jest punkt N, to wówczas sferę można utożsamić z C { }. Rzut stereograficzny 4

N S(P ) = (ξ, η, τ) P = x + iy Topologia w C Odwzorowanie S : C S 2 pozwala na określenie topologii w C. Zbiór A C jest otwarty, jeśli otwarty jest zbiór S(A) S 2. W szczególności C jest zbiorem zwartym. Zbiór C nazywamy sferą Riemanna. Jest ona przykładem zwartej rozmaitości zespolonej. Podsumowanie wykładu Po wykładzie wiedzieć należy: jak można interpretować liczby zespolone jak liczyć sprzężenie, moduł, potęgę i pierwiastki liczb zespolonych jak stosować liczby zespolone do dowodzenie tożsamości trygonometrycznych 3. Zadania na ćwiczenia 1. Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą rzeczywistą, ujemną, tylko urojoną? 2. Doprowadzić do postaci a + ib liczby zespolone (1 13i)/(1 3i), 5 12i, ( 1+2i ) 2 3. Narysować zbiór tych punktów płaszczyzny zespolonej, które spełniają warunek: { z C : 1 < Re(z) < 2 }, { z C : z 1 i = 2 }, { z C : z 1 2i = Re(z) + 1 }, { z C : z = z }. 4. Za pomocą liczb zespolonych opisać poniższe zbiory 3i 4. 5

Im (3, 2) ( 1, 2) Im Re Re ( 1, 2) 5. Uzasadnić, że dla dowolnych liczb zespolonych z i w, zachodzi równość (3, 2) wz + wz = 2 Re(zw) 6. Uzasadnić, że ciało C jest izomorficzne ze zbiorem macierzy postaci ( ) a b, a, b R b a ze zwykłymi działaniami dodawania i mnożenia. 7. Obliczyć ( 3 + i) 32. 8. Obliczyć granicę ciągu liczb zespolonych lim n (4n + n 2 i)/(5n 2 2i), lim n (4 + 2n 2 + 5in)/(1 4n + n 2 in 2 ), lim n ((2 i)/3) n 9. Zbadaj zbieżność szeregów ( 3+i 4 in n, i n n 2 +i. ) n, 6