Saltar al contenido principal
LibreTexts Español

2.1: Nociones básicas

  • Page ID
    112821
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    El conjunto de números complejos se obtiene algebraicamente colindando el número\(i\) al conjunto\(\mathbb{R}\) de números reales, donde\(i\) se define por la propiedad que\(i^2=−1\). Tomaremos un enfoque geométrico y definiremos un número complejo para ser un par ordenado\((x,y)\) de números reales. Dejamos\(\mathbb{C}\) denotar el conjunto de todos los números complejos,

    \[\mathbb{C} =\{(x,y) | x,y∈ \mathbb{R}\}.\]

    Dado el número complejo\(z=(x,y)\),\(x\) se llama la parte real de\(z\), denota Re\((z)\); y\(y\) se llama la parte imaginaria de\(z\), denota Im\((z)\). El conjunto de números reales es un subconjunto de\(\mathbb{C}\) debajo de la identificación\(x↔(x,0)\), para cualquier número real\(x\).

    La adición en\(\mathbb{C}\) es componentwise,

    \[(x,y)+(s,t)=(x+s,y+t),\]

    y si\(k\) es un número real, definimos la multiplicación escalar por

    \[k⋅(x,y)=(kx,ky).\]

    Dentro de este marco,\(i=(0,1)\), es decir, que cualquier número complejo\((x,y)\) puede expresarse\(x+yi\) como se sugiere aquí:

    \[ \begin{array} (x,y) &= (x,0)+(0,y) \\ &= x(1,0)+y(0,1) \\ &= x + yi \end{array} \]

    La expresión\(x+yi\) se llama la forma cartesiana del número complejo. Esta forma puede ser útil a la hora de hacer aritmética de números complejos, pero también puede ser un poco desgarrada. A menudo dejamos que una sola letra como\(z\) o\(w\) representemos un número complejo. Entonces,\(z=x+yi\) significa que el número complejo que estamos llamando\(z\) corresponde al punto\((x,y)\) en el plano.

    A veces es útil ver un número complejo como un vector, y la suma compleja corresponde a la adición de vector en el plano. Lo mismo vale para la multiplicación escalar. Por ejemplo, en Figura\(\PageIndex{1}\) hemos representado\(z=2+i\)\(w=−1+1.5i\), así como\(z+w=1+2.5i\), como vectores desde el origen hasta estos puntos en\(\mathbb{C}\). El número complejo\(z−w\) puede ser representado por el vector de\(w\) a\(z\) en el plano.

    im-vectors.svg
    Figura\(\PageIndex{1}\): Números complejos como vectores en el plano. (Copyright; autor vía fuente)

    Definimos multiplicación compleja utilizando el hecho de que\(i^2=−1\).

    \[ \begin{array} (x+yi)⋅(s+ti) &= xs+ysi+xti+yti^2 \\ &= (xs−yt)+(ys+xt)i \end{array} \]

    El módulo de\(z=x+yi\), denotado\(|z|\), viene dado por

    \[|z|= \sqrt{x^2+y^2}.\]

    Tenga en cuenta que\(|z|\) da la distancia euclidiana de\(z\) al punto\((0,0)\).

    El conjugado de\(z=x+yi\), denotado\(\overline{z}\), es

    \[\overline{z} =x−yi\]

    En los ejercicios, se pide al lector que demuestre diversas propiedades útiles del módulo y conjugado.

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Arithmetic of Complex Numbers

    Supongamos\(z=3−4i\) y\(w=2+7i\).

    Entonces\(z+w=5+3i\), y

    \[ \begin{equation} \begin{array} \cdot z \cdot w &= (3−4i)(2+7i) \\ &= 6+28−8i+21i \\ &= 34+13i \end{array} \end{equation} \]

    Algunos otros cómputos:

    \[ \begin{array} 4z &= 12−16i \\ |z| &= \sqrt{3^2 + (-4)^2} = 5 \\ \overline{zw} &= 34-13i \end{array} \]

    Ejercicios

    Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

    En cada caso, determinar\(z+w\),\(sz\),\(|z|\), y\(z⋅w\).

    1. \(z=5+2i\),\(s=−4\),\(w=−1+2i\)
    2. \(z=3i\),\(s= \dfrac{1}{2}\),\(w=−3+2i\)
    3. \(z=1+i\),\(s=0.6\),\(w=1−i\)
    Contestar

    a.\(z+w=4+4i\),\(sz=−20−8i\),\(|z|=\sqrt{29}\), y\(zw=−9+8i\).

    Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

    Demostrar eso\(z⋅ \overline{z} =|z|^2\), donde\(\overline{z}\) esta el conjugado de\(z\).

    Insinuación

    Dejemos\(z=a+bi\), y demuestre que los dos lados de la ecuación están de acuerdo.

    Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

    Supongamos\(z=x+yi\) y\(w=s+ti\) son dos números complejos. Demostrar las siguientes propiedades del conjugado y el módulo.

    1. \(|w⋅z|=|w|⋅|z|\).
    2. \(\overline{zw}= \overline{z} \cdot \overline{w}\)
    3. \(\overline{z+w}= \overline{z} + \overline{w}\)
    4. \(z+\overline{z}= 2 \text{ Re} (z).\)(De ahí,\(z+ \overline{z}\) es un número real.)
    5. \(z- \overline{z}= 2 \text{ Im} (z)i.\)
    6. \(|z|=|\overline{z}|.\)
    Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

    Un triple pitagórico consiste en tres enteros\((a,b,c)\) tales que\(a^2+b^2=c^2\). Podemos usar números complejos para generar triples pitagóricos. Supongamos\(z=x+yi\) dónde\(x\) y\(y\) son enteros positivos. Let

    \(a= \text{ Re}(z^2) \;\;\;\;\; b= \text{ Im}(z^2) \;\;\;\;\; c=z \overline{z}.\)

    1. \(a^2+b^2=c^2\)Demuéstralo.
    2. Encuentra el número complejo\(z=x+yi\) que genera el famoso triple\((3,4,5)\).
    3. Encuentra el número complejo que genera el triple\((5,12,13)\).
    4. Encuentra otros cinco triples pitagóricos, generados usando números complejos de la forma\(z=x+yi\), donde\(x\) y\(y\) son enteros positivos sin divisores comunes.

    This page titled 2.1: Nociones básicas is shared under a CC BY-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Michael P. Hitchman via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform; a detailed edit history is available upon request.