הגדרת המספר המרוכב והרחבת מערכת המספרים
מבוא
מטרות השיעור
- להבין מדוע הורחבה מערכת המספרים — שרשרת ההכלה
- להגדיר את היחידה המדומה i המקיימת
- לכתוב מספר מרוכב בצורה הסטנדרטית z=a+bi ולזהות את החלק הממשי והמדומה
- לחשב חזקות של i תוך שימוש במחזוריות
- להבין מתי שני מספרים מרוכבים שווים
רקע היסטורי: מדוע בכלל צריך מספרים חדשים?
מסע של אלפי שנים
מושג המספר התרחב שוב ושוב, בכל פעם כדי לאפשר פתרון לבעיה שהמערכת הקודמת לא ידעה לפתור:
- טבעיים — לספירה:
- שלמים — הוספת 0 ושליליים, כדי שלמשוואה x+5=2 יהיה פתרון
- רציונליים — הוספת שברים, כדי שלמשוואה 2x=1 יהיה פתרון
- ממשיים — הוספת אי-רציונליים כמו ו-
ועדיין נשארה משוואה פשוטה ללא פתרון: . אין מספר ממשי שריבועו שלילי, כי ריבוע של כל ממשי הוא . כדי "לסגור" גם את הפער הזה, במאה ה-16 הומצא מספר חדש — וכך נולדו המספרים המרוכבים .
היחידה המדומה והמספר המרוכב
מגדירים מספר חדש, היחידה המדומה i, על ידי התכונה היסודית:
מספר מצורה z=a+bi, כאשר a,b ממשיים, נקרא מספר מרוכב:
- הוא החלק הממשי
- הוא החלק המדומה (שימו לב: b עצמו ממשי — זהו המקדם של i, לא bi)
מקרים מיוחדים: אם b=0 המספר ממשי (z=a); אם a=0 (ו-) המספר נקרא מדומה טהור (z=bi). מכאן שכל ממשי הוא מרוכב — לכן .
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: זיהוי חלק ממשי וחלק מדומה
עבור , מהם Re(z) ו-Im(z)?
שלב 1 — משווים לצורה הסטנדרטית
היחידה המדומה i מוגדרת על ידי התכונה היסודית שלה. מהו הערך של ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 2: שורש של מספר שלילי
כתבו את בעזרת היחידה המדומה.
שלב 1 — מפרידים את הסימן השלילי
פתרו את המשוואה מעל המספרים המרוכבים. רשמו את שני הפתרונות.
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 3: חזקות של i והמחזוריות שלהן
חשבו את , ואז את .
שלב 1 — ארבע החזקות הראשונות
חשבו את רמז:
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 4: שוויון בין מספרים מרוכבים
מצאו ממשיים x, y כך ש-.
שוויון מרוכבים שקול לשתי משוואות ממשיות — זהו כלי מרכזי שילווה אותנו לאורך כל היחידה.
שלב 1 — תנאי השוויון
נתון שוויון בין מספרים מרוכבים: , כאשר a, b ממשיים. מהו הערך של ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: חושבים שהחלק המדומה הוא bi במקום b
טעות: עבור z=4-7i אומרים .
נכון: (מספר ממשי). זכרו: גם החלק הממשי וגם החלק המדומה הם מספרים ממשיים.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מפעילים על מספרים שליליים
טעות: .
נכון: .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: חושבים שהמרוכבים 'החליפו' את הממשיים
המספר 5 הוא גם ממשי וגם מרוכב (5=5+0i). המספרים המרוכבים מוסיפים מספרים חדשים (כמו i), הם לא מבטלים את הישנים.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
המספר המרוכב — אבני היסוד:
- הורחבה מערכת המספרים: .
- היחידה המדומה: , ולכן .
- צורה סטנדרטית: z=a+bi עם ו- (שניהם ממשיים).
- חזקות i מחזוריות במחזור 4: — נקבעות לפי השארית בחלוקה ב-4.
- שוויון מרוכבים: .
בשיעור הבא נלמד את ארבע פעולות החשבון במרוכבים ואת תכונות השדה — ובמיוחד מדוע במרוכבים אין יחס סדר.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי להתאמן על הגדרת המספר המרוכב, חזקות i ושוויון בין מספרים מרוכבים!