\begin{align}
\end{align}
Násobení a dělení komplexních čísel v exponenciálním tvaru
Již víme, jak vypadá součin a podíl nenulových komplexních čísel v goniometrickém tvaru. Tyto operace můžeme snadno vyjádřit ve tvaru exponenciálním.
Mějme dvě nenulová komplexní čísla
\(a=|a|(\cos\alpha+i \sin\alpha)=|a|e^{\textstyle i\alpha}\) a \(b=|b|(\cos\beta+i \sin\beta)=|b|e^{\textstyle i\beta}\).
Jejich součin a podíl můžeme spočítat takto:
\(a\cdot b=|a||b|(\cos(\alpha+\beta)+i\sin(\alpha+\beta))=|a||b|e^{\textstyle i(\alpha + \beta)}\)
\(\dfrac{a}{b}=\dfrac{|a|}{|b|}(\cos(\alpha-\beta)+i \sin(\alpha-\beta))=\dfrac{|a|}{|b|}e^{\textstyle i(\alpha - \beta)}\).
Součin nenulových komplexních čísel \(a=|a|e^{\textstyle i\alpha}\) a \(b=|b|e^{\textstyle i\beta}\) je komplexní číslo
\(|a||b|e^{\textstyle i(\alpha + \beta)}\).
Podíl nenulových komplexních čísel \(a=|a|e^{\textstyle i\alpha}\) a \(b=|b|e^{\textstyle i\beta}\) je komplexní číslo
\(\dfrac{|a|}{|b|}e^{\textstyle i(\alpha - \beta)}\).
Příklad
Vypočítejte součin komplexních čísel \(a=\sqrt{2}e^{\textstyle i\frac{3\pi}{4}}\) a \(b=3e^{\textstyle i\frac{\pi}{6}}\).
Řešení
\(a\cdot b=\sqrt{2}e^{\textstyle i\frac{3\pi}{4}}\cdot3e^{\textstyle i\frac{\pi}{6}}=\sqrt{2}\cdot3\cdot e^{\textstyle i\left(\frac{3\pi}{4}+\frac{\pi}{6}\right)}=\)
\(=3\sqrt{2}e^{\textstyle i\frac{9\pi+2\pi}{12}}=3\sqrt{2}e^{\textstyle i\frac{11\pi}{12}}\)
Příklad
Vypočítejte podíl \(\dfrac{a}{b}\) komplexních čísel \(a=3e^{\textstyle i\frac{5\pi}{6}}\) a \(b=6e^{\textstyle i\frac{\pi}{3}}\).
Řešení
\(\dfrac{a}{b}=\dfrac{ 3e^{\textstyle i\frac{5\pi}{6}} }{ 6e^{\textstyle i\frac{\pi}{3}} }=\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\left(\frac{5\pi}{6}-\frac{\pi}{3}\right)}=\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\frac{5\pi-2\pi}{6}}=\)
\(=\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\frac{3\pi}{6}}=\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\frac{\pi}{2}}\)
Poznámka
Exponenciální tvar komplexních čísel je stejně jako goniometrický tvar výhodný pro operace násobení a dělení.
Násobení a dělení komplexních čísel v exponenciálním tvaru odpovídají násobení a dělení mocnin o stejném základu.
Úlohy
-
Vypočítejte v exponenciálním tvaru součin komplexních čísel \(x\) a \(y\):
-
\(x=5,\; y=2e^{\textstyle i\frac{\pi}{3}}\)
\(x=5=5e^{\textstyle i\cdot0}\)
\(x\cdot y=5e^{\textstyle i\cdot0}\cdot2e^{\textstyle i\frac{\pi}{3}}=\)
\(=5\cdot2\cdot e^{\textstyle i\left(0+\frac{\pi}{3}\right)}=10e^{\textstyle i\frac{\pi}{3}}\)
-
\(x=4e^{\textstyle i\frac{4\pi}{3}},\; y=\sqrt{3}e^{\textstyle i\frac{5\pi}{6}}\)
\(x\cdot y=4e^{\textstyle i\frac{4\pi}{3}}\cdot\sqrt{3}e^{\textstyle i\frac{5\pi}{6}}=\)
\(=4\sqrt{3}e^{\textstyle i\left(\frac{4\pi}{3}+\frac{5\pi}{6}\right)}=\)
\(=4\sqrt{3}e^{\textstyle i\frac{(8+5)\pi}{6}}=\)
\(=4\sqrt{3}e^{\textstyle i\frac{13\pi}{6}}=\)
\(=4\sqrt{3}e^{\textstyle i\frac{\pi}{6}}\)
-
\(x=-2\sqrt{3}-2i,\; y=-\dfrac{\sqrt{2}}{4}-\dfrac{\sqrt{2}}{4}i\)
Nejdříve převedeme komplexní čísla \(x\) a \(y\) do exponenciálního tvaru a poté vypočítáme jejich součin.
\(x=-2\sqrt{3}-2i=4\left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}-\dfrac{1}{2}i\right)=4e^{\textstyle i\frac{7\pi}{6}}\)
\(y=-\dfrac{\sqrt{2}}{4}-\dfrac{\sqrt{2}}{4}i=\dfrac{1}{2}\left(-\dfrac{\sqrt{2}}{2}-\dfrac{\sqrt{2}}{2}i\right)=\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\frac{5\pi}{4}}\)
\(x\cdot y=4e^{\textstyle i\frac{7\pi}{6}}\cdot\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\frac{5\pi}{4}}=\)
\(=4\cdot\dfrac{1}{2}e^{\textstyle i\left(\frac{7\pi}{6}+\frac{5\pi}{4}\right)}=\)
\(=2e^{\textstyle i\frac{(14+15)\pi}{12}}=\)
\(=2e^{\textstyle i\frac{29\pi}{12}}=\)
\(=2e^{\textstyle i\frac{5\pi}{12}}\)
-
Vypočítejte v exponenciálním tvaru podíl komplexních čísel \(x\) a \(y\):
-
\(x=8,\; y=2e^{\textstyle i\frac{\pi}{3}}\)
\(x=8=8e^{\textstyle i\cdot0}\)
\(\dfrac{x}{y}=\dfrac{8}{2}e^{\textstyle i\left(0-\frac{\pi}{3}\right)}=\)
\(=4e^{\textstyle i\left(-\frac{\pi}{3}\right)}=\)
\(=4e^{\textstyle i\frac{5\pi}{3}}\)
-
\(x=5e^{\textstyle i\frac{2\pi}{3}},\; y=\sqrt{2}e^{\textstyle i\frac{-\pi}{6}}\)
\(\dfrac{x}{y}=\dfrac{5}{\sqrt{2}}e^{\textstyle i\left(\frac{2\pi}{3}-\frac{-\pi}{6}\right)}=\)
\(=\dfrac{5\sqrt{2}}{2}e^{\textstyle i\frac{4\pi-(-\pi)}{6}}=\)
\(=\dfrac{5\sqrt{2}}{2}e^{\textstyle i\frac{5\pi}{6}}\)
-
\(x=-4-4\sqrt{3}i,\; y=-2\sqrt{2}+2\sqrt{2}i\)
Nejdříve převedeme komplexní čísla \(x\) a \(y\) do exponenciálního tvaru a poté vypočítáme jejich podíl.
\(x=-4-4\sqrt{3}i=8\left(-\dfrac{1}{2}-\dfrac{\sqrt{3}}{2}i\right)=8e^{\textstyle i\frac{4\pi}{3}}\)
\(y=-2\sqrt{2}+2\sqrt{2}i=4\left(-\dfrac{\sqrt{2}}{2}+\dfrac{\sqrt{2}}{2}i\right)=4e^{\textstyle i\frac{3\pi}{4}}\)
\(\dfrac{x}{y}=\dfrac{8}{4}e^{\textstyle i\left(\frac{4\pi}{3}-\frac{3\pi}{4}\right)}=\)
\(=2e^{\textstyle i\frac{(16-9)\pi}{12}}=\)
\(=2e^{\textstyle i\frac{7\pi}{12}}\)