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Universidad · Álgebra I
Fundamentos algebraicos · Números complejos

Forma polar, potencias y raíces

Una señal alterna, un giro de 60° en una pantalla o el movimiento de un péndulo se describen con ángulos, no con coordenadas cartesianas. Si quieres calcular $(1+i)^{8}$ o resolver $z^3=-8$, multiplicar en forma binómica es un suplicio. ¿Existe una escritura de los complejos en la que elevar a una potencia sea tan simple como multiplicar un ángulo? Sí: la forma polar.

Módulo, argumento y forma trigonométrica

Número complejo en el plano con su módulo r como longitud del vector y su argumento theta como ángulo con el eje real positivo. θ r z = a + bi a b Re Im

La idea: $(a,b)$ son coordenadas cartesianas y $(r,\theta)$ son las polares del mismo punto. Para pasar de una a otra:

Practica★☆☆Sin empezar
Escribe $1+\sqrt3i$ en forma trigonométrica, tomando el argumento en $[0,2\pi)$.

Escribe $1+\sqrt3i$ en forma trigonométrica, tomando el argumento en $[0,2\pi)$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Convierte $3(\cos(5\pi/6)+i\sen(5\pi/6))$ a forma binómica.

Convierte $3(\cos(5\pi/6)+i\sen(5\pi/6))$ a forma binómica.

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Forma exponencial y producto en polar

Multiplicar por $e^{i\varphi}$ es girar un ángulo $\varphi$; multiplicar por $s>0$ es escalar por $s$. Un operador $T(z)=se^{i\varphi}z$ es, pues, un giro seguido de una homotecia.

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Sean $z=2e^{i\pi/6}$ y $w=3e^{-i\pi/4}$. Calcula módulo y un argumento de $z^2/w$.

Sean $z=2e^{i\pi/6}$ y $w=3e^{-i\pi/4}$. Calcula módulo y un argumento de $z^2/w$.

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Una oscilación se describe por $x(t)=\operatorname{Re}((3-4i)e^{2it})$. Expresa $x(t)$ como combinación de seno y coseno y como $A\cos(2t+\phi)$, con $A>0$ y…

Una oscilación se describe por $x(t)=\operatorname{Re}((3-4i)e^{2it})$. Expresa $x(t)$ como combinación de seno y coseno y como $A\cos(2t+\phi)$, con $A>0$ y $\phi\in(-\pi,\pi]$.

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El operador $T(z)=2e^{i\pi/3}z$ actúa en el plano complejo. Describe su efecto geométrico y calcula $T^3(1-i)$. La figura recuerda el vector inicial y la transformación…

El operador $T(z)=2e^{i\pi/3}z$ actúa en el plano complejo. Describe su efecto geométrico y calcula $T^3(1-i)$.

La figura recuerda el vector inicial y la transformación aplicada.

−1 1 2 0 i −i −2i Re Im z = 1 − i π/3 Regla T Escala: 2 Giro: +π/3 T(z) = ?
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Potencias: fórmula de De Moivre

Cada potencia de $1+i$ gira $45°$ y multiplica el módulo por $\sqrt2$: los puntos describen una espiral.

Potencias sucesivas de 1 más i en el plano complejo: cada potencia gira 45 grados y aumenta el módulo, formando una espiral que llega a 16 en la octava potencia. 1+i 2i (1+i)⁸=16
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Calcula $(1+i)^8$ mediante la fórmula de De Moivre.

Calcula $(1+i)^8$ mediante la fórmula de De Moivre.

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Determina el menor entero positivo $n$ para el que $(\cos(2\pi/5)+i\sen(2\pi/5))^n=1$ y calcula la suma de las cinco potencias desde $0$ hasta $4$.

Determina el menor entero positivo $n$ para el que $(\cos(2\pi/5)+i\sen(2\pi/5))^n=1$ y calcula la suma de las cinco potencias desde $0$ hasta $4$.

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Raíces n-ésimas

Las raíces están sobre una circunferencia de radio $\sqrt[n]{\rho}$, separadas por el ángulo constante $2\pi/n$: forman un polígono regular de $n$ vértices.

Las seis raíces sextas de la unidad situadas en los vértices de un hexágono regular inscrito en la circunferencia unidad. z₀=1 z₁ z₂ z₃
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Encuentra y representa las cuatro raíces de $z^4=1$. La circunferencia unidad sirve de referencia para situar las raíces.

Encuentra y representa las cuatro raíces de $z^4=1$.

La circunferencia unidad sirve de referencia para situar las raíces.

Re Im 0 −1 i −i r = 1 1
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Resuelve $z^3=-8$ en $\mathbb C$ y comprueba el número de raíces distintas.

Resuelve $z^3=-8$ en $\mathbb C$ y comprueba el número de raíces distintas.

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Practica★★☆Sin empezar
Calcula todas las raíces cuadradas de $-5+12i$ sin usar una calculadora de argumentos.

Calcula todas las raíces cuadradas de $-5+12i$ sin usar una calculadora de argumentos.

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Raíces de la unidad y factorización

Las cuatro raíces de x⁴ + 4 en los vértices de un cuadrado, agrupadas en pares conjugados que dan los dos factores reales de grado dos. 1+i 1−i −1+i −1−i x²−2x+2 x²+2x+2

Para $n=2$ las raíces son $\pm z_0$, dos puntos opuestos (un segmento, no un polígono); para $n\ge3$ forman un polígono regular.

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Sean $n\ge2$ entero y $a\in\mathbb C\setminus\{0\}$. Demuestra que las raíces de $z^n=a$ están distribuidas uniformemente en una circunferencia y que su suma es cero.…

Sean $n\ge2$ entero y $a\in\mathbb C\setminus\{0\}$. Demuestra que las raíces de $z^n=a$ están distribuidas uniformemente en una circunferencia y que su suma es cero. Distingue el caso $n=2$ de los polígonos regulares obtenidos para $n\ge3$.

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Practica★★★Sin empezar
Determina las raíces comunes de $z^{12}=1$ y $z^{18}=1$ y justifica que no hay más.

Determina las raíces comunes de $z^{12}=1$ y $z^{18}=1$ y justifica que no hay más.

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Practica★★★Sin empezar
Resuelve $z^4+4=0$ y factoriza $x^4+4$ como producto de dos polinomios reales de grado dos.

Resuelve $z^4+4=0$ y factoriza $x^4+4$ como producto de dos polinomios reales de grado dos.

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Practica★★★Sin empezar
Sean $u,v$ números complejos de módulo uno y $u+v=1$. Determina todos los pares ordenados $(u,v)$.

Sean $u,v$ números complejos de módulo uno y $u+v=1$. Determina todos los pares ordenados $(u,v)$.

Resolver

Vuelve al principio: en polar, elevar a $n$ multiplica el ángulo por $n$ y eleva el módulo, así que $(1+i)^8=(\sqrt2)^8e^{2\pi i}=16$ sin multiplicar ocho veces.

Resumen

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