Lösungswege Mathematik Oberstufe 7, Schülerbuch

256 Komplexe Zahlen > Rechnen mit komplexen Zahlen in kartesischer Darstellung Multiplikation einer komplexen Zahl mit der zugehörigen konjugiert komplexen Zahl Wird eine komplexe Zahl z​ = a + b · i ​(a, b ∈ ℝ) ​mit der konjugiert komplexen Zahl ​ _ z ​= a − b · i​ multipliziert, ist das Ergebnis immer eine reelle Zahl: ​z · ​ _ z ​= ​(a + b · i) ​· ​(a − b · i) ​= ​a ​2 ​− ​(b · i) ​2 ​= ​a ​2 ​− ​b ​2 ​· ​i ​2 ​= ​a ​2 ​− ​b ​2 ​· ​(− 1) ​= ​a ​2 ​+ ​b ​2​ Das Produkt ist die Summe der Quadrate von Real- und Imaginärteil. Damit gilt für den Betrag einer komplexen Zahl |​z| = ​9 _ z · ​ _ z ​. Betrachtet man die Erkenntnis aus dem Merkkasten, so sieht man, dass es in der Menge der komplexen Zahlen auch eine Formel für die Zerlegung des Terms ​a​2 ​+ ​b ​2 ​= ​(a + b · i) ​· ​(a − b · i)​ gibt. In ​ℝ ​konnte man nur Terme der Art ​a​2 ​− ​b ​2 ​= ​(a + b) ​· ​(a − b) ​in Faktoren zerlegen. Zerlege in ein Produkt zweier zueinander konjugiert komplexer Zahlen. a) ​9 ​x ​2 ​+ ​y ​2​ b) ​u ​2 ​+ 1​ c) ​9 ​y ​2 ​+ 4​ d) ​16 ​v ​2 ​+ 36 ​w​2​ e) ​1 + 100 ​x​2​ Bei der Division von zwei komplexen Zahlen greift man auf die Erkenntnisse mit konjugiert komplexen Zahlen zurück. Es wird mit der konjugiert komplexen Zahl des Nenners erweitert. ​a + bi _ c + di ​= ​ ​(a + bi)​(c − di)​ _ ​(c + di)​(c − di)​ ​= ​ ​(ac + bd) ​+ ​(bc − ad)​i ___________ ​c ​2 ​+ ​d ​2​ ​= ​ ac + bd _ ​c ​2 ​+ ​d ​2​ ​+ ​ bc − ad _ ​c ​2 ​+ ​d ​2​ ​i​ Division komplexer Zahlen Zwei komplexe Zahlen werden dividiert, indem man die Division als Bruch anschreibt und mit der konjugiert komplexen Zahl des Nenners erweitert. Berechne den Quotienten a) ​(2 − 4 i) ​: ​(− 1 + 3 i) ​ b) ​(− 5 + 2 i) ​: ​(− i)​ Man schreibt einen Bruch und erweitert mit der konjugiert komplexen Zahl des Nenners. a) ​(2 − 4 i) ​: ​(− 1 + 3 i) ​= ​2 − 4 i _ − 1 + 3 i​ ​= ​ ​(2 − 4 i)​(− 1 − 3 i)​ _ ​(− 1 + 3 i)​(− 1 − 3 i)​ ​= ​ − 2 + 4 i − 6i + 12​i​2​ _ ​(− 1) ​2 ​+ ​3 ​2​ ​= ​− 2 + 4 i − 6 i − 12 _ 10 ​= ​ − 14 − 2 i _ 10 ​= − ​ 7 _ 5 ​− ​ 1 _ 5 ​i​ b) ​(− 5 + 2 i) ​: ​(− i) ​= ​− 5 + 2 i _ − i ​= ​ ​(− 5 + 2 i) ​· i _ − i · i ​= ​ − 5i + 2​i​2​ _ − ​i ​2​ ​= ​− 5 i − 2 _ − ​(− 1)​ ​= − 2 − 5 i​ Berechne den Quotienten. a) ​(− 2 + 3 i) ​: ​(1 − 2 i)​ c) ​1 : ​(3 + i)​ e) ​(7 − 12 i) ​: ​(− i)​ g) ​− i : ​(4 + 5 i)​ b) ​(3 − 7 i) ​: ​(− 3 + 2 i)​ d) ​− 5 : ​(− 3 + 4 i)​ f) ​(− 1 − 9 i) ​: i​ h) ​i : ​(− 2 + i)​ Berechne die Quotienten ​ ​z ​1​ _ ​z ​2​ ​ und ​ ​z ​2​ _ ​z ​1​ .​ a) ​z ​1 ​= − 1 + i​; ​z​2 ​= 1 + 4 i​ c) ​z ​1 ​= − 5 + 2i​; ​z​2 ​= 2 − 5 i​ e) z​ ​1 ​= 10​; ​z​2 ​= 4 + 3 i​ b) ​z ​1 ​= i​; ​z​2 ​= − 1 − i​ d) ​z ​1 ​= − 4​; ​z ​2 ​= − 10 + 5 i​ f) ​z ​1 ​= − 5 + i​; ​z​2 ​= − 2 − i​ Vervollständige den folgenden Satz, sodass er mathematisch korrekt ist. Bestimmt man den Quotienten ​(2 + 3 i) ​: ​(2 − 4 i)​, so hat der (1) den Wert (2) . (1) (2) Realteil  0,4  Imaginärteil  2  Nenner  0,7  Merke 932‌ Merke Muster 933‌ 934‌ 935‌ 936‌ 11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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