ÁLGEBRA LINEAL UNIDAD 1 Números Complejos

ÁLGEBRA LINEAL

UNIDAD 1 Números Complejos

INTRODUCCIÓN

El tema de los Números Complejos, a pesar de ser tan hermoso por integrar la trigonometría, el álgebra y la geometría, es muy poco estudiado en la escuela básica y diversificada. Para muchos docentes, la finalidad de los números complejos está en poder calcular las raíces enésimas de la unidad. En los cursos de matemáticas básicas en la Universidad, apenas se esbozan algunas de sus propiedades más importantes, dejando de lado aspectos geométricos tan importantes como el estudio de las transformaciones y los movimientos del plano. El poder de cálculo que se esconde detrás de los complejos. Con un mínimo de esfuerzo, podemos derivar identidades y fórmulas trigonométricas que requieren de un trabajo tedioso y agotador, siguiendo los métodos usuales. Muchos conceptos de la matemática, como el de función, límites, series de potencias y continuidad se estudian de manera bastante natural dentro del ambiente de los números complejos.

1. DEFINICIÓN Y ORIGEN DE LOS NÚMEROS COMPLEJOS

Definición de números complejos. Los números complejos conforman un grupo de cifras resultantes de la suma entre un número real y uno de tipo imaginario.

La noción de número complejo aparece ante la imposibilidad de los números reales de abarcar a las raíces de orden par del conjunto de los números negativos.

La primera referencia conocida a raíces cuadradas de números negativos proviene del trabajo de los matemáticos griegos, como Herón de Alejandría en el siglo I antes de Cristo, como resultado de una imposible sección de una pirámide.

Los complejos se hicieron más patentes en el Siglo XVI, cuando la búsqueda de fórmulas que dieran las raíces exactas de los polinomios de grados 2 y 3 fueron encontradas por matemáticos italianos como Tartaglia, Cardano. Originalmente, los números complejos fueron propuestos en 1545, por el matemático italiano, Girolamo Cardano (1501-1576), en un tratado epitómico que versaba sobre la solución de las ecuaciones cúbicas y cuárticas, con el título de Ars magna. El término imaginario para estas cantidades fue acuñado por Descartes en el Siglo XVII y está en desuso.

Las cantidades «ficticias» de Cardano cayeron en un mar de indiferencia por la mayoría de los miembros de la comunidad matemática. Fueron Caspar Wessel en 1799 y Jean-Robert Argand en 1806, con la propuesta del plano complejo y la representación de la unidad imaginaria i, mediante el punto (0,1) del eje vertical quienes sentaron las bases de estos números. El matemático alemán Carl Friedrich Gauss (1777-1855), fue quien les dio nombre, los definió rigurosamente y los utilizó en la demostración original del teorema fundamental del álgebra, que afirma que todo polinomio que no sea constante, posee al menos un cero. La implementación más formal, con pares de números reales fue dada en el Siglo XIX.

Los números complejos ligados a las funciones analíticas o de variable compleja, permiten extender el concepto del cálculo al plano complejo. El cálculo de variable compleja posee diversas propiedades notables que conllevan propiedades que pueden usarse para obtener diversos resultados útiles en matemática aplicada.3

Se define cada número complejo z como un par ordenado de números reales: z = (a, b). A su vez el primer elemento a se define como parte real de z, se denota ; el segundo elemento b se define como parte imaginaria de z, se denota . Luego en el conjunto ℂ de los números complejos, se definen tres operaciones y la relación de igualdad:

1. OPERACIONES FUNDAMENTALES CON NÚMEROS COMPLEJOS

Operaciones básicas con números complejos

La naturaleza de un número complejo contiene los números reales extendidos que resulten necesarios para resolver un problema que sería difícil de resolver utilizando sólo los números reales. Existen una gran variedad de operaciones que pueden realizarse con los números complejos. La suma, resta, división y multiplicación constituyen las operaciones básicas que pueden realizarse con los números complejos.

SUMA: LA OPERACIÓN DE SUMAR DOS NÚMEROS COMPLEJOS X + YI E C + DI PUEDE EXPRESARSE COMO:

 (x + y i) + (c + di) = (x + c) + (y + d) i

Esto es, es posible observar que las partes correspondientes de los números reales se suman juntos y que se hace lo mismo con la parte imaginaria.

Examinemos un ejemplo para entender la operación más plenamente:

Imaginemos que debemos expresar (1 + 8i) + (4 + 5i) en forma compleja.

Entonces, sumando la parte real y la parte imaginaria por separado, obtenemos

(1 + 4) + (8 + 5) i

= 5 + 13i

RESTA: LA OPERACIÓN DE RESTAR DOS NÚMEROS COMPLEJOS X + Y I Y C + DI PUEDE EXPRESARSE COMO:

(x + y i) - (c + di) = (x + c) - (y + d) i

Veamos un ejemplo de la resta de dos números complejos:

Imaginemos que debemos expresar (1+ 8i) - (−4 - 5i) en forma compleja.

Entonces, restando la parte real y la parte imaginaria separadamente, obtenemos

= (1 - 4) - (8 - 5) i

= −3 – 3i

MULTIPLICACIÓN: LA OPERACIÓN DE MULTIPLICAR DOS NÚMEROS COMPLEJOS X + YI E C + DI PUEDE EXPRESARSE COMO:

(x + y i) (c + d i) = (x c - y d) + (x + d y c) i

Sin embargo, esta multiplicación puede realizarse aplicando las propiedades básicas de la Multiplicación de los Números Reales, y recordando la regla básica de los números complejos, esto es, i2 = −1. Veamos un ejemplo:

...