Lösungswege Mathematik Oberstufe 7, Schülerbuch

249 11.1 Die imaginäre Einheit Lernziele: º Die Definition der imaginären Einheit kennen º Imaginäre und komplexe Zahlen definieren können º Den Betrag einer komplexen Zahl bestimmen können º Konjugiert komplexe Zahlen definieren können º Komplexe Zahlen in der Gaußschen Zahlenebene darstellen […] können (AG-L 1.5) Grundkompetenz für die schriftliche Reifeprüfung: AG-R 1.1 W issen über die Zahlenmengen ​ℕ​, ​ℤ​, ​ℚ​, ​ℝ​, ​ℂ ​verständig einsetzen können Alle bis jetzt bekannten Zahlen lassen sich mindestens einer der Zahlmengen ​ℕ​, ​ℤ​, ​ℚ​ oder ​ℝ ​ zuordnen. Kreuze die Zahlenmenge(n) an, in der/in denen die angegebene Zahl liegt. 1 2 3 4 ​ℕ​ ​ℤ​ ​ℚ​ ​ℝ​ A ​− 3,01​     B ​− ​ 3 _ 12​     C ​9 _1,44 ​     D ​− ​9 _ 11 ​     Betrachtet man beispielsweise die Gleichung x​ ​2 ​= − a​ mit ​a ∈ ​ℝ ​+,​ muss man feststellen, dass die Gleichung in keiner der bekannten Zahlenmengen eine Lösung besitzt. Es gibt keine reelle Zahl, deren Quadrat negativ ist. Angenommen es gäbe eine Zahl, deren Quadrat ​− 1​ist, könnte man eine Lösung der Gleichung finden (sofern alle Rechenoperationen wie gehabt durchgeführt werden können). Wir definieren: Imaginäre Einheit Die imaginäre Einheit i ist jene Zahl, für die gilt: i​​2 ​= − 1​ Mit dieser Definition der imaginären Einheit hat die quadratische Gleichung x​ ​2 ​= − 1 ​die beiden Lösungen ​x​1 ​= i​und ​x​2 ​= − i​, da ​i​ 2 ​= − 1 ​und ​(​− i​) ​2 ​= ​(​− 1​) ​2 ​· ​i ​2 ​= 1 · ​(​− 1​) ​= − 1​. Allgemein werden beide Lösungen (i​​und ​− i​) als Quadratwurzel aus ​− 1​bezeichnet (vgl. S. 265). Für eine positive reelle Zahl a ist laut Definition die Quadratwurzel jene eindeutig bestimmte positive Zahl ​9 _ a​, deren Quadrat wieder a ist. Um die Eindeutigkeit des Wurzelzeichens weiter zu gewährleisten, wird vereinbart, dass ​9 _ − 1​= i​gilt. Geht man davon aus, dass die üblichen Rechenregeln anwendbar sind, lässt sich die Wurzel aus jeder negativen Zahl auf die Wurzel aus ​− 1​zurückführen: ​9 _ − a ​= ​9 _a · ​ (− 1) ​ = ​9 _ a ​· ​9 _ − 1 ​= ​9 _ a ​· ​9 _ − 1 ​= ​9 _ a​· i​. Somit wird definiert: Quadratwurzel einer negativen reellen Zahl ​9 _ − a ​= ​9 _ a​· i​mit a​ ∈ ​ℝ ​+​ Kompetenzen Vorwissen 896‌ N Z Q R C 2 π 0 1 2 3 e i – 1 – 3 – 2 i 2 + 3 i – 4 5 2 –– 3 1 – 2 Merke Merke Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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