Libro de los números complejos

8. Módulo de un Número Complejo

Módulo de un Número Complejo

Repaso: representación gráfica

Número complejo como punto y vector

Recordemos que un número complejo \(z=a+bi\) se puede representar como un punto \((a,b)\) en el plano complejo, o como un vector desde el origen hasta ese punto.

Definición geométrica del módulo

Módulo como distancia

El módulo de un número complejo, denotado por \(|z|\), es la distancia desde el origen \((0,0)\) hasta el punto \((a,b)\) que representa al número complejo en el plano.

Re Im \(z=a+bi\) \(|z|\) \(a\) \(b\) \(0\)

Definición algebraica del módulo

Relación con el Teorema de Pitágoras

El punto \((a,b)\), junto con el origen, forma un triángulo rectángulo. Sus catetos miden \(|a|\) y \(|b|\), mientras que la hipotenusa corresponde al módulo \(|z|\).

Por el Teorema de Pitágoras:

\[ |z|=|a+bi|=\sqrt{a^2+b^2} \]

Importante

  • El módulo de un número complejo siempre es un número real no negativo.
  • El módulo representa una distancia, por lo que nunca puede ser negativo.
  • El módulo de un número complejo real coincide con su valor absoluto.

Ejemplo 1: calcular el módulo de \(z=3+4i\)

Identificamos \(a=3\) y \(b=4\). Entonces:

\[ |z|=|3+4i|=\sqrt{3^2+4^2} \]

\[ |z|=\sqrt{9+16}=\sqrt{25}=5 \]

Ejemplo 2: calcular el módulo de \(z=-2-i\)

Identificamos \(a=-2\) y \(b=-1\). Entonces:

\[ |z|=|-2-i|=\sqrt{(-2)^2+(-1)^2} \]

\[ |z|=\sqrt{4+1}=\sqrt{5} \]

Ejemplo 3: calcular el módulo de \(z=5i\)

Escribimos \(5i\) como \(0+5i\). Entonces \(a=0\) y \(b=5\):

\[ |z|=|5i|=|0+5i|=\sqrt{0^2+5^2} \]

\[ |z|=\sqrt{25}=5 \]

Ejemplo 4: calcular el módulo de \(z=-3\)

Escribimos \(-3\) como \(-3+0i\). Entonces \(a=-3\) y \(b=0\):

\[ |z|=|-3+0i|=\sqrt{(-3)^2+0^2} \]

\[ |z|=\sqrt{9}=3 \]

Ejercicios

Ejercicio 1: calcular módulos

Calcula el módulo de los siguientes números complejos:

  1. \(z=1+i\)
  2. \(z=-3+4i\)
  3. \(z=2-2i\)
  4. \(z=-5i\)
  5. \(z=7\)
  6. \(z=\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{3}}{2}i\)

Ejercicio 2: interpretación gráfica del módulo

Representa gráficamente en el plano complejo los números del Ejercicio 1 y verifica visualmente que la distancia desde el origen hasta cada punto coincide con el módulo calculado.

Ejercicio 3: lugar geométrico con módulo fijo

Si \(|z|=5\), ¿qué figura geométrica describen todos los posibles valores de \(z\) en el plano complejo?

Ejercicio 4: módulo unitario y parte real nula

Encuentra todos los números complejos \(z\) tales que:

\[ |z|=1 \]

y

\[ \operatorname{Re}(z)=0 \]

Ejercicio 5: expresar \(|z|^2\)

Si \(z=a+bi\), expresa \(|z|^2\) en términos de \(a\) y \(b\).

Ejercicio 6: relación entre módulo y conjugado

Si \(z=a+bi\) y \(\overline{z}\) es su conjugado, demuestra que:

\[ z\cdot\overline{z}=|z|^2 \]