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domingo, 8 de septiembre de 2013

La forma módulo-argumental de un número complejo

Un número complejo se puede definir sin ambigüedad estableciendo el módulo y el argumento del número. Esto se cumple porque el módulo es la distancia al origen y el argumento es la dirección en la que se tiene que recorrer la distancia.

De la misma forma como fue conveniente nombrar los componentes del número complejo z como x y y para hacer referencia a la coordenada (x,y), podemos nombrar los componentes módulo-argumental del número complejo z como r y \theta, haciendo referencia a las coordenadas polares. Estableciendo la notación: |z|=r \arg z=\theta
En el siguiente diagrama podemos ver como se relaciona el módulo y el argumento de un número complejo con las coordenadas del número complejo.

Lo que mide 'x' es lo mismo que mide 'r por el coseno del ángulo' y lo que mide 'y' es lo mismo que 'r por el seno del ángulo'. Con esto se puede establecer la igualdad. (Imagen: Wikipedia, editada)
Es entonces que se deduce la siguiente fórmula para un número complejo z = x + iy: \begin{align*} z &= x+iy\\ z &= |z|(\cos(\arg z)) + |z|i(\textrm{sen}(\arg z))\\ z &= r(\cos \theta) + ri(\textrm{sen} \theta)\\ z &= r(\cos \theta + i \textrm{sen} \theta) \end{align*}
A la forma r(\cos \theta + i \textrm{sen} \theta) le llamamos la forma módulo-argumental del número complejo. Otro nombre es "forma polar del número complejo" haciendo referencia al hecho que los valores r y \theta son las coordenadas polares del plano cartesiano.

Para ahorrar espacio al escribir la forma módulo-argumental, se puede sustituir la parte dentro de los paréntesis por la expresión \textrm{cis }\theta que hace referencia al "coseno i seno" del argumento.

Estos son algunos ejemplos de números complejos en la forma módulo argumental:
03(\cos(30°)+i\textrm{sen}(30°))3 \textrm{ cis }30°\textrm{cis } 0°\textrm{cis } 90°\textrm{cis } 180°\textrm{cis } 270°7\textrm{ cis } 0°7\textrm{ cis } 90°7\textrm{ cis } 180°7\textrm{ cis } 270°3\left (\cos \frac{\pi}{6} + i\sin \frac{\pi}{6}\right )3 \textrm{ cis }\frac{\pi}{6}\textrm{cis } 0\textrm{cis } \frac{\pi}{2}\textrm{cis } \pi\textrm{cis } \frac{3\pi}{2}7\textrm{ cis } 07\textrm{ cis }\frac{\pi}{2}7\textrm{ cis } \pi7\textrm{ cis }\frac{3\pi}{2}\textrm{ cis }25\textrm{ cis }1

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