Положение точки
M
на плоскости можно задать с помощью декартовых координат:
M(x; y).
Можно иначе определить ее положение, задав ее расстояние
r
до начала координат, т. е. длину отрезка
OM = r
и угол
α,
образованный вектором
и положительным направлением оси абсцисс. Мы исключаем
при этом одну точку, начало координат, для которой этот угол не
определен. Заметим, что расстояние
r
определено однозначно, а угол
α
с точностью до целого кратного
2π.
Система задания точки плоскости с помощью чисел
r
и
α
носит название полярной системы координат. Связь между декартовыми и
полярными координатами точки очень проста:
Расстояние
r
выражается через декартовы координаты обычным образом
а для нахождения угла
придется решить написанную выше систему уравнений
относительно
α.
Заметим, что если
(т. е. если точка
M
не лежит на оси ординат), то
и для точного определения
α
достаточно знать знаки координат
x, y,
т. е. знать, в какой из координатных
четвертей лежит точка
M.
Используя полярную систему координат, можно иначе записать
комплексное число
z0.
Если
z = a +
bi, то
(a; b)
– декартовы координаты соответствующей точки на
плоскости. Пусть полярные координаты этой точки равны
r
и
α.
Положительное число
r
– это модуль комплексного числа
z,
т. е.
а угол
называется аргументом комплексного числа
z.
Подставим в алгебраическую запись числа
z = a + bi
выражение координат
a
и
b
через
r
и
α. Получим
(Мы поставили символ
i
перед вещественным коэффициентом
sin
α, чтобы не нужно было писать лишние скобки). Форма записи комплексного
числа z в виде
z = r(cos α + i sin
α)
называется тригонометрической формой комплексного числа. Напомним
еще раз, что в такой форме можно записать любое комплексное число,
кроме нуля. При этом модуль
r
определен однозначно, а аргумент
α
с точностью до 2πk,
k
Z.
Запишем условия равенства двух комплексных чисел
в тригонометрической форме: тогда и только тогда r1 =
r2; при некотором kZ.
Все комплексные числа, имеющие один и тот же модуль r, лежат на окружности с центром в
начале координат и радиуса r,
а все числа с одним и тем же аргументом – на луче,
выходящем из начала координат и образующем уголαс положительным направлением оси
абсцисс.
Отметим свойства модуля.
1.
|z| 0, причем
|z| = 0
z = 0.
2.
3.
|z1z2| = |z1|
|z2|, т.
е. модуль произведения комплексных чисел равен произведению модулей.
4.
|z1 + z2|
|z1| + |z2|.
Первые два из этих свойств очевидны. Доказательство третьего
свойства сводится к проверке алгебраического тождества: (a1a2
– b1b2)2 + (a1b2
+ a2b1)2 = (a12
+ b12)(a22 + b22).
Свойство4 – это запись геометрического неравенства треугольника
Упражнение. Используя манипулятор,
изображающий два числа на комплексной плоскости, выполните следующие задания.
1. Проиллюстрируйте свойство модуля суммы и
разности комплексных чисел.
2. Проиллюстрируйте свойство модуля
произведения и частного комплексных чисел.
3. Проиллюстрируйте
свойство аргумента произведения и частного
комплексных чисел.
4. Проиллюстрируйте
свойства модуля и аргумента суммы и разности, произведения и
частного сопряжённых комплексных чисел.