מספרים מרוכבים
MATH-G12-5U-15

מספרים מרוכבים: הצגה קוטבית, דה-מואבר ויישומים

יחידה זו מרחיבה את עולם המספרים המרוכבים מן ההצגה האלגברית z=a+biz=a+bi אל ההצגה הקוטבית z=r(cosθ+isinθ)z=r(\cos \theta +i \cdot \sin \theta ), ומגלה שמכפלת מספרים מרוכבים היא סיבוב ומתיחה במישור גאוס. נוכיח באינדוקציה את משפט דה-מואבר ונשתמש בו להעלאה בחזקה. נמצא את שורשי היחידה מסדר n — קודקודי מצולע משוכלל — ונפתור את המשוואה zn=wz^{n}=w עם ייצוג גרפי. נזהה מקומות גאומטריים המיוצגים באמצעות מספרים מרוכבים: מעגל za=R|z-a|=R, אנך אמצעי za=zb|z-a|=|z-b| ומעגל אפולוניוס za=mzb|z-a|=m \cdot |z-b|, תוך קישור לגאומטריה אנליטית ולוקטורים. לסיום ניישם את המספרים המרוכבים בגרפיקה ממוחשבת: הזזה, מתיחה/כיווץ, שיקוף וסיבוב של עצמים במישור באמצעות חיבור וכפל. (ההצגה z=re(iθ)z=re^(i\theta ) ונוסחת אוילר, וכן המשפט היסודי של האלגברה, הם נושאי העשרה ואינם נכללים ביחידה זו.)

5 מיומנויות285 דקות

מיומנויות ביחידה

1

הצגה קוטבית ומכפלה כסיבוב ומתיחה

התלמיד יציג מספר מרוכב בצורה קוטבית z=r(cosθ+i·sinθ), יעבור בין ההצגה האלגברית לקוטבית ולהפך, ויפרש את מכפלת שני מספרים מרוכבים כסיבוב במישור גאוס (חיבור הזוויות) ומתיחה (כפל הרדיוסים)

היכרות
2

משפט דה-מואבר והוכחתו באינדוקציה

התלמיד ינסח את משפט דה-מואבר, יוכיח אותו באינדוקציה מתמטית (בסיס, הנחה, צעד), וישתמש בו להעלאת מספר מרוכב בהצגה קוטבית בחזקה טבעית: (r(cosθ+i·sinθ))ⁿ=rⁿ(cos(nθ)+i·sin(nθ))

תרגול
3

שורשי היחידה ופתרון המשוואה zⁿ=w

התלמיד ימצא את n שורשי היחידה מסדר n וייצג אותם כקודקודי מצולע משוכלל על מעגל היחידה, ויפתור את המשוואה zⁿ=w על ידי הוצאת שורש מן ההצגה הקוטבית של w עם n ערכי זווית עוקבים, כולל ייצוג גרפי

תרגול
4

מקומות גאומטריים באמצעות מספרים מרוכבים

התלמיד יזהה ויוכיח מקומות גאומטריים המיוצגים באמצעות מספרים מרוכבים: מעגל |z−a|=R, אנך אמצעי |z−a|=|z−b| ומעגל אפולוניוס |z−a|=m·|z−b|, יתרגם בין משוואה מרוכבת למשוואה בקואורדינטות (x,y) ויקשר לגאומטריה אנליטית ולוקטורים

אתגר
5

יישומים: גרפיקה ממוחשבת וטרנספורמציות במישור

התלמיד יישם חיבור וכפל של מספרים מרוכבים לביצוע טרנספורמציות בגרפיקה ממוחשבת על קודקודי עצם במישור: הזזה (חיבור), מתיחה/כיווץ (כפל בממשי), שיקוף (צמוד או כפל ב-−1) וסיבוב (כפל ב-cosα+i·sinα), וירכיב כמה טרנספורמציות יחד

אתגר