Пресс-релиз популярных книг
.
Авторы: 111 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
Книги: 164 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
На сайте 111 авторов, 92 книг, 72 статей, 5913 глав.
5.5 Modulus of a complex number
DEFINITION 5.5.1 (Modulus) If z = x + iy, the modulus of z is the
non{negative real number jzj de¯ned by jzj =
p
x2 + y2. Geometrically, the
modulus of z is the distance from z to 0 (see Figure 5.3).
More generally, jz1¡z2j is the distance between z1 and z2 in the complex
plane. For
jz1 ¡ z2j = j(x1 + iy1) ¡ (x2 + iy2)j = j(x1 ¡ x2) + i(y1 ¡ y2)j
=
p
(x1 ¡ x2)2 + (y1 ¡ y2)2:
The following properties of the modulus are easy to verify, using the identity
jzj2 = zz:
(i) jz1z2j = jz1jjz2j;
100 CHAPTER 5. COMPLEX NUMBERS
(ii) jz¡1j = jzj¡1;
(iii)
¯¯¯¯
z1
z2
¯¯¯¯
= jz1j
jz2j
.
For example, to prove (i):
jz1z2j2 = (z1z2)z1z2 = (z1z2)z1 z2
= (z1z1)(z2z2) = jz1j2jz2j2 = (jz1jjz2j)2:
Hence jz1z2j = jz1jjz2j.
EXAMPLE 5.5.1 Find jzj when z =
(1 + i)4
(1 + 6i)(2 ¡ 7i)
.
Solution.
jzj = j1 + ij4
j1 + 6ijj2 ¡ 7ij
=
(p12 + 12)4
p12 + 62
p
22 + (¡7)2
=
4
p37p53
:
THEOREM 5.5.1 (Ratio formulae) If z lies on the line through z1 and
z2:
z = (1 ¡ t)z1 + tz2; t 2 R;
we have the useful ratio formulae:
(i)
¯¯¯¯
z ¡ z1
z ¡ z2
¯¯¯¯
=
¯¯¯¯
t
1 ¡ t
¯¯¯¯
if z 6= z2,
(ii)
¯¯¯¯
z ¡ z1
z1 ¡ z2
¯¯¯¯
= jtj.
Circle equations. The equation jz ¡ z0j = r, where z0 2 C and r >
0, represents the circle centre z0 and radius r. For example the equation
jz ¡ (1 + 2i)j = 3 represents the circle (x ¡ 1)2 + (y ¡ 2)2 = 9.
Another useful circle equation is the circle of Apollonius :
¯¯¯¯
z ¡ a
z ¡ b
¯¯¯¯
= ¸;
5.5. MODULUS OF A COMPLEX NUMBER 101
¾ -
6
?
x
y
Figure 5.4: Apollonius circles: jz+2ij
jz¡2ij
= 1
4 ; 3
8 ; 1
2 ; 5
8 ; 4
1 ; 8
3 ; 2
1 ; 8
5 .
where a and b are distinct complex numbers and ¸ is a positive real number,
¸ 6= 1. (If ¸ = 1, the above equation represents the perpendicular bisector
of the segment joining a and b.)
An algebraic proof that the above equation represents a circle, runs as
follows. We use the following identities:
(i) jz ¡ aj2 = jzj2 ¡ 2Re (za) + jaj2
(ii) Re (z1 § z2) = Re z1 § Re z2
(iii) Re (tz) = tRe z if t 2 R.
We have
¯¯¯¯
z ¡ a
z ¡ b
¯¯¯¯
= ¸ , jz ¡ aj2 = ¸2jz ¡ bj2
, jzj2 ¡ 2Re fzag + jaj2 = ¸2(jzj2 ¡ 2Re fzbg + jbj2)
, (1 ¡ ¸2)jzj2 ¡ 2Re fz(a ¡ ¸2b)g = ¸2jbj2 ¡ jaj2
, jzj2 ¡ 2Re
½
z
µ
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2
¶¾
=
¸2jbj2 ¡ jaj2
1 ¡ ¸2
, jzj2 ¡ 2Re
½
z
µ
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2
¶¾
+
¯¯¯¯
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2
¯¯¯¯
2
=
¸2jbj2 ¡ jaj2
1 ¡ ¸2 +
¯¯¯¯
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2
¯¯¯¯
2
:
102 CHAPTER 5. COMPLEX NUMBERS
Now it is easily veri¯ed that
ja ¡ ¸2bj2 + (1 ¡ ¸2)(¸2jbj2 ¡ jaj2) = ¸2ja ¡ bj2:
So we obtain
¯¯¯¯
z ¡ a
z ¡ b
¯¯¯¯
= ¸ ,
¯¯¯¯
z ¡
µ
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2
¶¯¯¯¯
2
=
¸2ja ¡ bj2
j1 ¡ ¸2j2
,
¯¯¯¯
z ¡
µ
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2
¶¯¯¯¯ =
¸ja ¡ bj
j1 ¡ ¸2j
:
The last equation represents a circle centre z0, radius r, where
z0 =
a ¡ ¸2b
1 ¡ ¸2 and r =
¸ja ¡ bj
j1 ¡ ¸2j
:
There are two special points on the circle of Apollonius, the points z1 and
z2 de¯ned by
z1 ¡ a
z1 ¡ b
= ¸ and
z2 ¡ a
z2 ¡ b
= ¡¸;
or
z1 =
a ¡ ¸b
1 ¡ ¸
and z2 =
a + ¸b
1 + ¸
: (5.3)
It is easy to verify that z1 and z2 are distinct points on the line through a
and b and that z0 = z1+z2
2 . Hence the circle of Apollonius is the circle based
on the segment z1; z2 as diameter.
EXAMPLE 5.5.2 Find the centre and radius of the circle
jz ¡ 1 ¡ ij = 2jz ¡ 5 ¡ 2ij.
Solution. Method 1. Proceed algebraically and simplify the equation
jx + iy ¡ 1 ¡ ij = 2jx + iy ¡ 5 ¡ 2ij
or
jx ¡ 1 + i(y ¡ 1)j = 2jx ¡ 5 + i(y ¡ 2)j:
Squaring both sides gives
(x ¡ 1)2 + (y ¡ 1)2 = 4((x ¡ 5)2 + (y ¡ 2)2);
which reduces to the circle equation
x2 + y2 ¡
38
3
x ¡
14
3
y + 38 = 0:
5.6. ARGUMENT OF A COMPLEX NUMBER 103
Completing the square gives
(x ¡
19
3
)2 + (y ¡
7
3
)2 =
µ
19
3
¶2
+
µ
7
3
¶2
¡ 38 =
68
9
;
so the centre is ( 19
3 ; 7
3 ) and the radius is
q
68
9 .
Method 2. Calculate the diametrical points z1 and z2 de¯ned above by
equations 5.3:
z1 ¡ 1 ¡ i = 2(z1 ¡ 5 ¡ 2i)
z2 ¡ 1 ¡ i = ¡2(z2 ¡ 5 ¡ 2i):
We ¯nd z1 = 9 + 3i and z2 = (11 + 5i)=3. Hence the centre z0 is given by
z0 =
z1 + z2
2
=
19
3
+
7
3
i
and the radius r is given by
r = jz1 ¡ z0j =
¯¯¯¯
µ
19
3
+
7
3
i
¶
¡ (9 + 3i)
¯¯¯¯
=
¯¯¯¯
¡
8
3 ¡
2
3
i
¯¯¯¯
=
p68
3
:
Популярные книги
- Старинные занимательные задачи
- Медоносные растения
- Математика Древнего Китая
- Algebratic geometry
- Workbook in Higher Algebra
- Mathematics and art
- Finite element analysis
- Пчеловодство
- Fields and galois theory
- Black Holes
Популярные статьи
- Higher-Order Finite Element Methods
- Электровакуумные приборы
- Riemann zeta functionS
- Универсальная открытая архитектурно-строительная система зданий серии Б1.020.1-71
- Complex Analysis 2002-2003
- Пример расчета прочности елементов, стыков и узлов несущего каркаса здания
- Составы, вещества и материалы для огнезащитыметаллических консрукций и изделий
- CMOS Technology
- Рекомендации по расчету и конструированию сборных железобетонных колонн каркасов зданий серии Б1.020.1-7 с плоскими стыками ВИНСТ
- Советы старого пчеловода