Zestaw 3.

Liczby zespolone (cz. II)

1. Poniższe liczby i wyrażenia przedstawić w postaci trygonometrycznej:

√

(a)

3 − i,

(b) 1 + i tg ϕ, dla ϕ ∈ − π , π ,

2

2

(c) sin ϕ − i cos ϕ, dla ϕ ∈ − π , π ,

2

2

(d) 1+i tg ϕ , dla ϕ

0, π ,

1−

∈

i tg ϕ

2

(e) −6 + 6i,

(f) 1 · 1 ,

i

1+i

2. Poniższe wyrażenia sprowadzić do postaci algebraicznej (dwumiennej): (a) (1 + i)7 ,

6

(b)

1−i

√

,

3+i

14

(c) − cos π + i sin π

,

7

7

6

(d) 1 + cos π + i sin π

,

3

3

(e) (1 + i)7 − (2 − 2i)4 ,

(f) (1−i)5−1 .

(1+i)5+1

3. Znaleźć funkci ę ω : R → R spełniającą poniższe równanie: (a) cos 3x = ω(cos x),

(b) sin 5x = ω(sin x),

(c) ctg 4x = ω(ctg x).

4. Dla n ∈ N oraz x ∈ R obliczyć:

(a) 1 + cos x + . . . + cos nx,

(b) sin 2x + cos 3x + sin 4x + cos 5x + . . . + sin 2nx + cos (2n + 1) x.

5. Naszkicować na płaszczyźnie zespolonej poniższe zbiory: (a) {z ∈ C : |z − a| = b}, dla a ∈ C, b ∈ R,

(b) {z ∈ C : 2 < |z| 4},

(c) {z ∈ C : |z − a| = |z − b|}, dla a, b ∈ C, (d) {z ∈ C : |z − a| + |z − b| = c}, dla a, b ∈ C, c ∈ R, (e) {z ∈ C : Re (iz + 2) 0},

(f) {z ∈ C : Re z2 = 2 ∧ Im (z + 1)2 = 1},

(g) {z ∈ C : |z + 1| 2 ∧ Im (z + 1) 1},

(h) {z ∈ C : |z − 2| < 1 ∨ Re (z − 1) < −1},

(i)

z ∈ C : arg (z + iz) = 3π ,

2

(j)

z ∈ C : π arg i < π ,

4

z

2

1

(k)

z ∈ C : arg z4 = π ,

(l)

z ∈ C : arg z3 < π .

2

6. Obliczyć i zaznaczyć na płaszczyżnie zespolonej podane pierwiastki algebraiczne:

√

(a) 3 −8i,

√

(b) 6 −27,

√

(c) 4 − 1 + 3i,

2

2

√

(d)

−7 + 24i,

√

√ 3 √

6

(e) 3 z, gdzie 1 + i 3

3 − i z = (1 + i)12.

7. Odgadując jeden z pierwiastków obliczyć pozostałe:

√

(a) 3 −27i,

(b) 4 (2 − 2i)12.

8. W zbiorze liczb zespolonych rozwiązać równanie:

√

(a) (z − 1)4 = 1 + i 3,

2

2

8

(b) (2z − 2)4 = 3

,

5 − i 4

5

(c) z4 − 2z2 + 5 = 0,

(d) (z + 2)n − (z − 2)n = 0, n ∈ N.

9. Ile wynosi suma wszystkich pierwiastków algebraicznych stopnia n z 1 ?

√

10. Jednym z wierzchołków sześciokąta foremnego jest w0 =

3 + i. Wyznaczyć

pozostałe wierzchołki tego wielokąta, wiedząc że jego środek leży w: (a) początku układu współrz ędnych,

√

(b) punkcie s0 = 2 3 + i.

11. Znaleźć funkci ę ϑ : C → C spełniającą poniższe równanie: (a) cos x = ϑ(eix),

(b) sin x = ϑ(eix),

(c) tg x = ϑ(eix).

12. Rozwiązać równanie:

(a) (z)6 = 4 z2 ,

(b) z6 = z.

|z|4

13. Znaleźć zależność, która łączy pi ęć najważniejszych stałych matematycznych: π, e—podstawa logarytmu naturalnego, i—jednostka urojona, 1—element neutralny mnożenia, 0—element neutralny dodawania1.

1 Przez wielu matematyków rozwiązanie tego zadania jest uznawane za najładniejszy wzór matematyczny.

2

Odpowiedzi

Zadanie 1: a) 2 cos −π + i sin

;

6

−π6

b)

1

(cos α + i sin α) ;

cos α

c) cos − π + α + i sin

+ α ;

2

− π2

d) cos 2α + i sin 2α;

√

e) 6 2 cos 3π + i sin 3π ;

4

4

√

f)

2

cos

+ i sin

;

2

− 3π

4

−3π

4

Zadanie 2: a) 8 − 8i; b) − i ; c) 1; d)

;

8

−27; e) 72 − 8i; f) 53

Zadanie 3: a) (t) = 4t3 − 3t; b) (t) = 16t5 − 20t3 + 5t; c) (t) = t4−6t2+1 ; 4t(t2−1)

Zadanie 4: a) sin (n+1)x

2

cos nx , dla x

sin x

2

= 2kπ; n + 1, dla x = 2kπ, k ∈ Z;

2

b) sin nx (sin x (n + 1) + cos x (n + 2)), dla x sin

= kπ, −1, dla x = kπ, k ∈ Z;

x

√

√

√

√

√

√

√

Zadanie 6: a)

3 − i, − 3 − i, 2i; b) ±i 3, 3

3 ,

3 ;c) 3 + i 1,

3

2 ± i 2

−32 ± i 2

2

2 − 2 −

√

√

√

i 1 ,

+ i 3 , 1

3 ; d) 3 + 4i,

i,

3

.

2 − 1

2

2

2 − i 2

−3 − 4i; e) 12 ± 4 − i14

√

√

Zadanie 7: a) 3i, 3 3

i,

3

i; b)

2

− 32 −32 − 32

−16 − 16i, 16 − 16i, 16 + 16i, −16 + 16i;

√

√

√

√

√

Zadanie 8: a) 1 +

3 + 1 + i 1

3 , 1

1

3 + i 1 + 3, 1

3 + 1

4

2

2 − 4

−

2 − 4

2

4

−

4

2 −

√

√

√

i

1

3 , 1 +

1

3

1 + 3; b) 43

i, 26

i, 57

i, 74 + 7 i; c)

2 − 4

2 − 4 − i

2

4

50 − 24

50

50 − 7

50

50 − 24

50

50

50

√

√

√

√

√

√

√

√

1+ 5 +i

5−1 ,

1+ 5

5−1 ,

1+ 5

5−1 ,

1+ 5 +i

5−1 ;

2

2

−

2

−i

2

2

−i

2

−

2

2

d) −2 1+cos 2kπ +i sin 2kπ

n

n

, k = 1, . . . , n − 1;

1−cos 2kπ −i sin 2kπ

n

n

Zadanie 9: 0;

√

√

√

√

√

√

Zadanie 10: a) ±2i, ± 3+i, ± 3−i; b) 3+1, 3 3 + 1, 3 3+1

i, 5

3+1

i;

2

± 32 2

± 32

Zadanie 11: a) ϑ (t) = t+t−1 ; b) ϑ (t) = t−t−1 ; c) ϑ (t) = 1−t2 i; 2

2i

1+t2

√

Zadanie 12: a) 0,

2e−i kπ

3 , k = 0, . . . , 5; b) ei 2kπ

7

, k = 0, . . . , 13;

3