Matematika · Glosarium

Apa itu Eksponensial kompleks berargumen imajiner?

Dikenal juga sebagai: argumen

Definisi 3.5 Matematika Universitas — Tahun 1 · Bab 3 — Bilangan Kompleks

Untuk θR\theta \in \R kita definisikan

eiθ=cosθ+isinθ.\eu^{\iu\theta} = \cos\theta + \iu \sin\theta .

Setiap z0z \neq 0 dapat ditulis z=reiθz = r\,\eu^{\iu\theta} dengan r=z>0r = \abs z > 0; di sini θ\theta disebut argumen dari zz, yang tertentu sampai penambahan kelipatan 2π2\pi. Nilai yang berada di (π,π]\intoc{-\pi}{\pi} disebut argumen utama, ditulis argz\arg z.

Contoh

Contoh 3.6 (Nilai pertama, dan satu kesamaan termasyhur)

Membaca definisi itu pada sudut-sudut istimewa:

eiπ/2=i,eiπ=1,e2iπ=1,eiπ/4=22(1+i).\eu^{\iu\pi/2} = \iu, \qquad \eu^{\iu\pi} = -1, \qquad \eu^{2\iu\pi} = 1, \qquad \eu^{\iu\pi/4} = \frac{\sqrt2}2\,(1 + \iu) .

Yang kedua, ditata ulang menjadi eiπ+1=0\eu^{\iu\pi} + 1 = 0, adalah kesamaan Euler yang termasyhur, yang merangkai e\eu, i\iu, π\pi, 11 dan 00; pada tahap buku ini ia lebih merupakan definisi yang diurai daripada sebuah teorema, dan isi sesungguhnya — mengapa fungsi eksponensial analitik pada Bab 4, yang diperluas ke argumen imajiner, pantas menyandang nama yang sama — diselesaikan oleh deret pangkat pada Bab 17. Sementara itu tampilan di atas layak dihafalkan sebagai tabel konversi: ia dipakai diam-diam setiap kali sebuah argumen dibaca dari gambar.

Contoh 3.9 (Menjabarkan cos3θ\cos 3\theta dengan de Moivre)

Tulis c=cosθc = \cos\theta, s=sinθs = \sin\theta. De Moivre dan teorema binomial memberikan

cos3θ+isin3θ=(c+is)3=c33cs2+i(3c2ss3),\cos 3\theta + \iu \sin 3\theta = (c + \iu s)^3 = c^3 - 3cs^2 + \iu\,(3c^2 s - s^3),

lalu dengan menyamakan bagian realnya, dan mensubstitusikan s2=1c2s^2 = 1 - c^2:

cos3θ=c33c(1c2)=4cos3θ3cosθ.\cos 3\theta = c^3 - 3c(1 - c^2) = 4\cos^3\theta - 3\cos\theta .

Bagian imajinernya memberikan sin3θ=3sinθ4sin3θ\sin 3\theta = 3\sin\theta - 4\sin^3\theta cuma-cuma: satu kesamaan kompleks selalu membawa dua kesamaan real. Dibaca terbalik, kesamaan itu adalah kunci klasik bagi pembagian sudut menjadi tiga: mengonstruksi cos(θ/3)\cos(\theta/3) dari cosθ\cos\theta berarti menyelesaikan persamaan kubik 4x33x=cosθ4x^3 - 3x = \cos\theta, dan di situlah aljabar Bab 8 mengambil alih.

Contoh 3.13 (Sebuah jumlah trigonometri binomial)

Untuk nNn \in \N dan θR\theta \in \R, hitunglah S=k=0n(nk)coskθS = \sum_{k=0}^{n}\binom nk \cos k\theta. Kenali ia sebagai bagian real sebuah penjabaran binomial:

S=k=0n(nk)(eiθ)k=(1+eiθ)n,S = \Re\sum_{k=0}^n \binom nk \bigl(\eu^{\iu\theta}\bigr)^k = \Re\bigl(1 + \eu^{\iu\theta}\bigr)^n ,

lalu faktorkan setengah sudutnya (Metode 3.11 (4)): 1+eiθ=2cosθ2eiθ/21 + \eu^{\iu\theta} = 2\cos\frac\theta2\,\eu^{\iu\theta/2}, sehingga

S=(2ncosnθ2  einθ/2)=2ncosnθ2cosnθ2.S = \Re\Bigl(2^n\cos^n\frac\theta2\;\eu^{\iu n\theta/2}\Bigr) = 2^n \cos^n\frac\theta2\,\cos\frac{n\theta}2 .

Bagian imajinernya memberikan k(nk)sinkθ=2ncosnθ2sinnθ2\sum_k\binom nk\sin k\theta = 2^n\cos^n\frac\theta2\sin\frac{n\theta}2 cuma-cuma. Pemeriksaan kewajaran: θ=0\theta = 0 memulihkan (nk)=2n\sum\binom nk = 2^n, sedangkan θ=π\theta = \pi memberikan S=0S = 0 untuk n1n \geq 1 (setiap faktor cosπ2\cos\frac\pi2 lenyap), yakni jumlah baris berselang-seling pada Contoh 2.17. Metodenya — “lihatlah jumlah kosinus itu sebagai bayangan sebuah pangkat kompleks, lalu faktorkan setengah sudutnya” — persis metode Latihan 3.6, dengan teorema binomial menggantikan deret geometri.

Baca dalam konteks →