Zet alle complexe getallen om in goniometrische vorm en vereenvoudig de uitdrukking vervolgens? Schrijf het antwoord in standaardformulier.

Zet alle complexe getallen om in goniometrische vorm en vereenvoudig de uitdrukking vervolgens? Schrijf het antwoord in standaardformulier.
Anonim

Antwoord:

# {(2 + 2i) ^ 5 (-sqrt {3} + i) ^ 3} / (sqrt {3} + i) ^ 10 #

# = (sqrt {3} -1) / 2 + (sqrt {3} +1) / 2 i #

Uitleg:

In een ander antwoord op deze vraag vermoedde ik dat er een typefout was in deze en die vraag #-3# had zo moeten zijn # -Sqrt {3} #. Ik ben verzekerd in een opmerking dat dit niet het geval is, dat de vraag correct is zoals geschreven.

Ik zal niet herhalen hoe we hebben vastgesteld

# 2+ 2i = 2 sqrt {2} text {cis} 45 ^ circ #

# sqrt {3} + i = 2 text {cis} 30 ^ circ #

Maar nu moeten we ons bekeren # -3 + i # naar goniometrische vorm. We kunnen het, maar omdat het niet een van Trig's voorkeursdriehoeken is, is het een beetje onhandiger.

# | -3 + i | = sqrt {3 ^ 2 + 1 ^ 2} = sqrt {10} #

We bevinden ons in het tweede kwadrant en de belangrijkste waarde van de inverse tangens is het vierde kwadrant.

# angle (-3 + i) = text {Arc} tekst {tan} (1 / {- 3}) + 180 ^ circ #

# -3 + i = sqrt {10} text {cis} (tekst {Arc} tekst {tan} (1 / {- 3}) + 180 ^ circ) #

De Moivre werkt niet zo goed in zo'n vorm, we krijgen het

# (-3 + i) ^ 3 = sqrt {10 ^ 3} text {cis} (3 (tekst {Arc} tekst {tan} (1 / {- 3}) + 180 ^ circ)) #

Maar we zitten niet vast. Omdat de exponent alleen is #3# we kunnen dit doen met drievoudige hoekformules. Laten we de constante hoek noemen die we hebben gevonden

#theta = hoek (-3 + i) #

Door De Moivre, # (-3 + i) ^ 3 = (sqrt {10} text {cis} theta) ^ 3 = 10sqrt {10} (cos (3theta) + i sin (3 theta)) #

Wij weten

# cos theta = -3 / sqrt {10}, quad sin theta = 1 / sqrt {10} #

#cos (3 theta) = 4 cos ^ 3 theta - 3 cos theta = 4 (-3 / sqrt {10}) ^ 3 - 3 (- 3 / sqrt {10}) = - (9 sqrt (10)) / 50 #

#sin (3 theta) = 3 sin theta - 4 sin ^ 3 theta = 3 (1 / sqrt {10}) - 4 (1 / sqrt {10}) ^ 3 = (13 sqrt (10)) / 50 #

# (-3 + i) ^ 3 = 10sqrt {10} (sqrt {10} / 50) (-9 + 13 i) = -18 +26 i #

Dat lijkt veel meer dan alleen kubussen # (- 3 + i): #

# (-3 + i) (- 3 + i) (- 3 + i) = (- 3 + i) (8 -6i) = -18 + 26 i quad sqrt #

OK, laten we het probleem oplossen:

# {(2 + 2i) ^ 5 (-3 + i) ^ 3} / {(sqrt {3} + i) ^ {10}} #

# = {(2 sqrt {2} text {cis} 45 ^ circ) ^ 5 (-3 + i) ^ 3} / {(2 text {cis} 30 ^ circ) ^ {10} } #

# = ({2 ^ 5 sqrt {2 ^ 5}} / 2 ^ 10) { text {cis} (5 cdot 45 ^ circ)} / { text {cis} (10 cdot 30 ^ circ)} (- 3 + i) ^ 3 #

# = (sqrt {2} / 8) { text {cis} (225 ^ circ)} / { text {cis} (300 ^ circ)} (-3 + i) ^ 3 #

# = (sqrt {2} / 8) text {cis} (225 ^ circ - 300) (-3 + i) ^ 3 #

# = (sqrt {2} / 8) (-18 +26 i) text {cis} (- 75 ^ circ) #

Ugh, het eindigt nooit. We krijgen

#cos (-75 ^ circ) = cos 75 ^ circ = cos (45 ^ circ + 30 ^ circ) = sqrt {2} / 2 (sqrt {3} / 2 - 1/2) = 1/4 (sqrt {6} -sqrt {2}) #

#sin (-75 ^ circ) = - (sin 45 cos 30 + cos 45 sin 30) = -sqrt {2} / 2 (sqrt {3} / 2 + 1/2) = - 1/4 (sqrt {6} + sqrt {2}) #

# {(2 + 2i) ^ 5 (-3 + i) ^ 3} / {(sqrt {3} + i) ^ {10}} #

# = (sqrt {2} / 8) (-18 +26 i) 1/4 ((sqrt {6} -sqrt {2}) - (sqrt {6} + sqrt {2}) i) #

# = {11 + 2 sqrt (3)} / 4 + (11 sqrt (3) - 2) / 4 i #