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Números complejos · Números complejos

Forma polar y trigonométrica de un número complejo

En un videojuego hecho en Santiago, un personaje está a 3 unidades del centro de la pantalla del celular y hay que girarlo $60^\circ$ alrededor de ese centro. Con coordenadas cartesianas $(a, b)$ tendrías que usar senos y cosenos del ángulo. ¿Habrá una forma de escribir el punto que convierta el giro en una simple suma de ángulos? Sí: describir el punto de un complejo con su distancia al origen y su ángulo. Al final de la página volvemos al personaje.

Módulo y argumento: las coordenadas polares de $z$

Hasta ahora ubicabas el punto de $z = a + bi$ en el plano complejo con el par $(a, b)$. También puedes ubicarlo con su distancia al origen y el ángulo que forma con el semieje real positivo: son las coordenadas polares.

Afijo de z = a + bi en el plano complejo, con su módulo r y su argumento alfa α z = a + bi r = |z| Re Im

Argumentos equivalentes

Sumar o restar vueltas completas ($360^\circ$) deja el vector en el mismo lugar. Entonces, para $r, s > 0$: $r_\alpha = s_\beta$ si y solo si $r = s$ y $\alpha = \beta + 360^\circ k$ con $k$ entero. Por eso el argumento se suele dar entre $0^\circ$ y $360^\circ$: así cada complejo no nulo tiene una única forma polar «estándar».

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Expresa el número complejo $z = 3 + 3\sqrt{3}i$ en forma polar y en forma trigonométrica.

Expresa el número complejo $z = 3 + 3\sqrt{3}i$ en forma polar y en forma trigonométrica.

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Observa la representación en el plano complejo del vector que define a $z$. Determina su módulo y su argumento, y escribe su expresión en forma polar y trigonométrica.

Observa la representación en el plano complejo del vector que define a $z$. Determina su módulo y su argumento, y escribe su expresión en forma polar y trigonométrica.

Re Im −3 3√3 α z
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De polar a binómica: forma trigonométrica

Si tienes $r$ y $\alpha$, recuperar $a$ y $b$ es trigonometría del triángulo rectángulo: el cateto adyacente es $a = r\cos\alpha$ y el opuesto es $b = r\,\sin\alpha$.

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Dado el número complejo en forma polar $z = 4_{120^\circ}$, determina su expresión en forma binómica.

Dado el número complejo en forma polar $z = 4_{120^\circ}$, determina su expresión en forma binómica.

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Un brazo robótico articulado consta de dos segmentos. El primer segmento se representa en el plano complejo por el vector $z_1 = 5_{60^\circ}$. El segundo segmento,…

Un brazo robótico articulado consta de dos segmentos. El primer segmento se representa en el plano complejo por el vector $z_1 = 5_{60^\circ}$. El segundo segmento, $z_2$, tiene una longitud de $3$ unidades y está rotado $45^\circ$ en sentido antihorario respecto a la dirección de $z_1$. Calcula la posición final del extremo del brazo robótico (es decir, $z_1 + z_2$) en forma binómica, redondeando a dos decimales.

45° z₁ z₂

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

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Conjugado y opuesto en forma polar

En binómica, conjugar cambia el signo de $b$, y el opuesto cambia los dos signos. En polar se ve en el ángulo: conjugar refleja el vector respecto del eje real, y el opuesto lo gira media vuelta.

Un complejo z, su conjugado simétrico respecto del eje real y su opuesto simétrico respecto del origen z conjugado −z
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Halla el conjugado y el opuesto del número complejo $z = 6_{45^\circ}$. Expresa ambos resultados en forma polar con argumentos positivos comprendidos entre $0^\circ$ y…

Halla el conjugado y el opuesto del número complejo $z = 6_{45^\circ}$. Expresa ambos resultados en forma polar con argumentos positivos comprendidos entre $0^\circ$ y $360^\circ$.

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Producto, cociente e inverso

La gran ventaja de la forma polar: multiplicar y dividir se vuelve muy simple.

¿Por qué? Multiplicando en forma trigonométrica:

$r(\cos\alpha + i\,\sin\alpha) \cdot s(\cos\beta + i\,\sin\beta) = rs\,[(\cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\,\sin\beta) + i(\sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\,\sin\beta)]$

y las fórmulas del seno y del coseno de una suma convierten los paréntesis en $\cos(\alpha + \beta)$ y $\sin(\alpha + \beta)$. El cociente sale de que dividir es multiplicar por el inverso.

Multiplicar por $1_\theta$ no cambia el módulo y suma $\theta$ al argumento: es un giro de $\theta$ alrededor del origen en sentido antihorario. Por ejemplo, $4_{30^\circ}\cdot 1_{90^\circ} = 4_{120^\circ}$. También sirve para ubicar vectores consecutivos: si un segmento está girado $\theta$ respecto de otro, su argumento es el del otro más $\theta$.

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Calcula el producto de los números complejos $z_1 = 2_{30^\circ}$ y $z_2 = 5_{45^\circ}$. Expresa el resultado en forma polar.

Calcula el producto de los números complejos $z_1 = 2_{30^\circ}$ y $z_2 = 5_{45^\circ}$. Expresa el resultado en forma polar.

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Realiza la división de los números complejos $z_1 = 12_{150^\circ}$ y $z_2 = 3_{60^\circ}$. Expresa el resultado final en forma trigonométrica.

Realiza la división de los números complejos $z_1 = 12_{150^\circ}$ y $z_2 = 3_{60^\circ}$. Expresa el resultado final en forma trigonométrica.

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En un circuito de corriente alterna, el voltaje se representa mediante el número complejo $V = 220_{30^\circ}$ y la impedancia mediante $Z = 10_{-15^\circ}$. La ley de…

En un circuito de corriente alterna, el voltaje se representa mediante el número complejo $V = 220_{30^\circ}$ y la impedancia mediante $Z = 10_{-15^\circ}$. La ley de Ohm para corriente alterna establece que la intensidad es $I = \frac{V}{Z}$. Calcula la intensidad $I$ en forma polar y exprésala posteriormente en forma binómica.

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En el desarrollo de un videojuego 2D, la posición de un personaje viene dada por el afijo del número complejo $z = 4 - 4i$. El motor gráfico aplica una rotación de…

En el desarrollo de un videojuego 2D, la posición de un personaje viene dada por el afijo del número complejo $z = 4 - 4i$. El motor gráfico aplica una rotación de $60^\circ$ en sentido antihorario multiplicando su posición por el complejo $w = 1_{60^\circ}$. Determina la nueva posición del personaje en forma binómica.

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Halla el inverso del número complejo $z = 4_{210^\circ}$ y exprésalo en forma binómica. Comprueba que el producto de $z$ por su inverso da como resultado la unidad real.

Halla el inverso del número complejo $z = 4_{210^\circ}$ y exprésalo en forma binómica. Comprueba que el producto de $z$ por su inverso da como resultado la unidad real.

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Determina el valor de $a \in \mathbb{R}$ para que el argumento del número complejo $z = \frac{a + 2i}{1 + i}$ sea de $45^\circ$.

Determina el valor de $a \in \mathbb{R}$ para que el argumento del número complejo $z = \frac{a + 2i}{1 + i}$ sea de $45^\circ$.

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Encuentra dos números complejos $z_1$ y $z_2$ sabiendo que su cociente es $\frac{z_1}{z_2} = 2_{120^\circ}$ y que su producto es $z_1 \cdot z_2 = 18_{60^\circ}$. Expresa…

Encuentra dos números complejos $z_1$ y $z_2$ sabiendo que su cociente es $\frac{z_1}{z_2} = 2_{120^\circ}$ y que su producto es $z_1 \cdot z_2 = 18_{60^\circ}$. Expresa ambos números en forma polar.

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Potencias: fórmula de Moivre

Elevar a la $n$ es multiplicar $n$ veces por el mismo número: los módulos se multiplican (queda $r^n$) y los ángulos se suman $n$ veces (queda $n\alpha$).

Cuando $r = 1$ la fórmula se usa para deducir identidades trigonométricas. Por ejemplo, con $n = 2$:

$(\cos\alpha + i\,\sin\alpha)^2 = \cos 2\alpha + i\,\sin 2\alpha.$

Si desarrollas el cuadrado a la izquierda, $\cos^2\alpha - \sin^2\alpha + 2i\,\sin\alpha\cos\alpha$, e igualas partes reales e imaginarias, queda $\cos 2\alpha = \cos^2\alpha - \sin^2\alpha$ y $\sin 2\alpha = 2\,\sin\alpha\cos\alpha$. Con exponente 3 se procede igual, desarrollando el cubo del binomio.

También conviene saber que las potencias de un complejo de módulo 1 se repiten: si $z = 1_{120^\circ}$, entonces $z^3 = 1_{360^\circ} = 1$, y a partir de ahí $z^4 = z$, $z^5 = z^2$, etc. Para exponentes grandes, divide el exponente por 3 y quédate con el resto. Por ejemplo, $z^{100}$: como $100 = 3\cdot 33 + 1$, queda $z^{100} = z$.

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Aplica la fórmula de Moivre para calcular la potencia cuarta del número complejo $z = 2_{20^\circ}$. Expresa el resultado en forma polar.

Aplica la fórmula de Moivre para calcular la potencia cuarta del número complejo $z = 2_{20^\circ}$. Expresa el resultado en forma polar.

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Calcula el valor de la expresión $\frac{(1 - \sqrt{3}i)^5}{(-2+2i)^3}$. Para ello, convierte previamente el numerador y el denominador a forma polar.

Calcula el valor de la expresión $\frac{(1 - \sqrt{3}i)^5}{(-2+2i)^3}$. Para ello, convierte previamente el numerador y el denominador a forma polar.

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En un experimento de óptica, el desfase entre dos ondas de luz se modela multiplicando sus representaciones complejas. Si la primera onda es $z_1 = 3_{45^\circ}$ y la…

En un experimento de óptica, el desfase entre dos ondas de luz se modela multiplicando sus representaciones complejas. Si la primera onda es $z_1 = 3_{45^\circ}$ y la segunda es $z_2 = 2_{135^\circ}$, halla en forma trigonométrica el resultado de $z_1 \cdot z_2^2$.

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Utiliza la fórmula de Moivre para desarrollar la expresión $(\cos \alpha + i \sin \alpha)^3$. A partir de la igualdad entre las partes reales e imaginarias, deduce las…

Utiliza la fórmula de Moivre para desarrollar la expresión $(\cos \alpha + i \sin \alpha)^3$. A partir de la igualdad entre las partes reales e imaginarias, deduce las identidades trigonométricas para $\cos(3\alpha)$ y $\sin(3\alpha)$ en función de $\cos \alpha$ y $\sin \alpha$.

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Sea el número complejo $z = -\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}i$. Demuestra que $z^3 = 1$ y, a continuación, calcula el valor de la expresión…

Sea el número complejo $z = -\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}i$. Demuestra que $z^3 = 1$ y, a continuación, calcula el valor de la expresión $S = z^{2023} + z^{2024} + z^{2025}$.

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Raíces n-ésimas y ecuaciones

Una raíz $n$-ésima de $w$ es un número $z$ tal que $z^n = w$. Si $z = \rho_\theta$ y $w = r_\alpha$, por Moivre debe ser $\rho^n = r$ y $n\theta = \alpha + 360^\circ k$. De ahí sale la fórmula.

¿Por qué solo $n$ valores de $k$? Para $k = n$ el ángulo aumenta en $360^\circ$ y se repite la raíz de $k = 0$.

Las cuatro raíces cuartas de 16 con argumento 120 grados, vértices de un cuadrado inscrito en una circunferencia de radio 2 30° 120° 210° 300°

Para resolver una ecuación del tipo $z^n = w$, pasa $w$ a polar y aplicá la fórmula. Por ejemplo, $z^3 = -8$: como $-8 = 8_{180^\circ}$, las raíces tienen módulo $2$ y argumentos $60^\circ, 180^\circ, 300^\circ$. En binómica: $1 + \sqrt{3}\,i$, $-2$ y $1 - \sqrt{3}\,i$.

Si la ecuación tiene la forma de una cuadrática en $z^k$ (bicuadrática, o con $z^6$ y $z^3$), haz un cambio de variable. Por ejemplo, $z^4 + 3z^2 - 4 = 0$: con $w = z^2$ queda $w^2 + 3w - 4 = 0$, con soluciones $w = 1$ y $w = -4$. Luego resuelves $z^2 = 1$ (da $\pm 1$) y $z^2 = -4 = 4_{180^\circ}$ (da $2_{90^\circ} = 2i$ y $2_{270^\circ} = -2i$).

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Calcula las raíces cuadradas del número complejo $z = 9_{80^\circ}$ y expresa los resultados en forma polar.

Calcula las raíces cuadradas del número complejo $z = 9_{80^\circ}$ y expresa los resultados en forma polar.

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Halla las tres raíces cúbicas del número complejo $z = 8i$. Expresa los resultados en forma polar y justifica geométricamente la figura que forman sus afijos en el plano…

Halla las tres raíces cúbicas del número complejo $z = 8i$. Expresa los resultados en forma polar y justifica geométricamente la figura que forman sus afijos en el plano complejo.

w₁ w₂ w₃
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Resuelve la ecuación $z^4 + 81 = 0$ utilizando la forma polar de los números complejos. Expresa las cuatro soluciones obtenidas en forma binómica.

Resuelve la ecuación $z^4 + 81 = 0$ utilizando la forma polar de los números complejos. Expresa las cuatro soluciones obtenidas en forma binómica.

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Los vértices de un hexágono regular centrado en el origen del plano complejo corresponden a las raíces sextas de un número complejo $W$. Si uno de los vértices del…

Los vértices de un hexágono regular centrado en el origen del plano complejo corresponden a las raíces sextas de un número complejo $W$. Si uno de los vértices del hexágono es el afijo del número $z_1 = 2_{30^\circ}$, determina el valor del número complejo $W$ en forma binómica y calcula el área exacta del hexágono.

z₁
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Halla todos los números complejos $z$ que satisfacen la ecuación $z^6 - 7z^3 - 8 = 0$. Expresa las soluciones en forma polar. (Pista: realiza un cambio de variable).

Halla todos los números complejos $z$ que satisfacen la ecuación $z^6 - 7z^3 - 8 = 0$. Expresa las soluciones en forma polar. (Pista: realiza un cambio de variable).

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Cinco fuerzas coplanarias de igual magnitud $F = 10\text{ N}$ se aplican sobre un punto material situado en el origen. Las direcciones de estas fuerzas corresponden a…

Cinco fuerzas coplanarias de igual magnitud $F = 10\text{ N}$ se aplican sobre un punto material situado en el origen. Las direcciones de estas fuerzas corresponden a los afijos de las raíces quintas del número complejo $z = 100000_{0^\circ}$. Demuestra matemáticamente, utilizando las propiedades de los números complejos en forma polar, que la fuerza resultante es nula.

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Calcula el perímetro del polígono formado por los afijos de las soluciones de la ecuación $z^4 + 2z^2 + 4 = 0$ en el plano complejo.

Calcula el perímetro del polígono formado por los afijos de las soluciones de la ecuación $z^4 + 2z^2 + 4 = 0$ en el plano complejo.

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Vuelve al principio: el personaje a 3 unidades del centro, en la dirección de $10^\circ$, es $3_{10^\circ}$. Para girarlo $60^\circ$ se lo multiplica por $1_{60^\circ}$ y queda $3_{70^\circ}$: el giro es solo sumar ángulos.

Resumen

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