Operaciones con Números Complejos en Forma Binomial
Sitio: | PROFEARAUCO.CL |
Curso: | Media 3 |
Libro: | Operaciones con Números Complejos en Forma Binomial |
Imprimido por: | Invitado |
Día: | sábado, 5 de julio de 2025, 02:53 |
Descripción
1. Suma y Resta de Números Complejos
Suma y Resta de Números Complejos
Repaso: Forma Binomial
Recordemos que un número complejo en forma binomial se escribe como: \( z = a + bi \), donde *a* es la parte real y *b* es la parte imaginaria.
Suma de Números Complejos
Definición Algebraica
Para sumar dos números complejos, simplemente sumamos sus partes reales y sus partes imaginarias *por separado*:
Si \( z_1 = a + bi \) y \( z_2 = c + di \), entonces:
\[ z_1 + z_2 = (a + c) + (b + d)i \]
Ejemplo:
(3 + 2i) + (1 - 5i) = (3 + 1) + (2 - 5)i = 4 - 3i
Interpretación Geométrica (Regla del Paralelogramo)
En el plano complejo, la suma de dos números complejos se puede visualizar como la *suma de vectores*. Si representamos los números complejos como vectores que parten del origen:
- El vector suma se obtiene construyendo un *paralelogramo* donde los dos vectores originales son lados adyacentes.
- La diagonal del paralelogramo que parte del origen es el vector suma.
(En Moodle, aquí insertarías una imagen que ilustre la regla del paralelogramo para la suma de números complejos).
Resta de Números Complejos
Definición Algebraica
Para restar dos números complejos, restamos sus partes reales y sus partes imaginarias *por separado*:
Si \( z_1 = a + bi \) y \( z_2 = c + di \), entonces:
\[ z_1 - z_2 = (a - c) + (b - d)i \]
Ejemplo:
(5 + 4i) - (2 + i) = (5 - 2) + (4 - 1)i = 3 + 3i
Interpretación Geométrica
Restar \( z_2 \) de \( z_1 \) es equivalente a sumar \( z_1 \) con el *opuesto* de \( z_2 \) (\(-z_2\)). Geométricamente, esto significa:
- Encuentra el vector que representa a \( z_2 \).
- Dibuja el vector opuesto a \( z_2 \) (misma magnitud, dirección opuesta).
- Suma \( z_1 \) y el opuesto de \( z_2 \) usando la regla del paralelogramo (o la regla del triángulo, que es equivalente).
(En Moodle, insertar una imagen que muestre la resta de números complejos como suma del opuesto, usando vectores).
Ejercicios
Ejercicio 1: Calcula las siguientes sumas y restas:
- (2 + 5i) + (1 + 3i)
- (-3 + i) + (4 - 2i)
- (6 - i) - (2 + 4i)
- (-1 - i) - (-3 - 2i)
- (0.5 + 1.2i) + (2.3 - 0.8i)
- (\(\frac{1}{2}\) + \( \frac{3}{4} \)i) + (\( \frac{1}{4} \) - \( \frac{1}{2} \)i)
Ejercicio 2: Representa gráficamente en el plano complejo los siguientes números complejos, y luego realiza *gráficamente* la suma \( z_1 + z_2 \) y la resta \( z_1 - z_2 \) para cada caso:
- \( z_1 = 3 + i \), \( z_2 = 1 + 2i \)
- \( z_1 = -2 + 3i \), \( z_2 = 4 + i \)
- \( z_1 = 1 - i \), \( z_2 = -3 - 2i \)
Ejercicio 3: Encuentra los números complejos *z* que satisfacen las siguientes ecuaciones:
- z + (2 - i) = 5 + 3i
- (4 + 2i) - z = 1 - i
- 2z + (1 + i) = 3 - 2i
Ejercicio 4: Si \( z_1 = a + bi \) y \( z_2 = c + di \), demuestra que la suma de los conjugados es igual al conjugado de la suma. Es decir, demuestra que: \[ \overline{z_1} + \overline{z_2} = \overline{z_1 + z_2} \]
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2. Multiplicación de Números Complejos
Multiplicación de Números Complejos
Repaso: Forma Binomial y la Unidad Imaginaria
Recordemos:
- Número complejo: z = a + bi (a: parte real, b: parte imaginaria).
- Unidad imaginaria: i = √-1, y por lo tanto i2 = -1.
Multiplicación Algebraica
Para multiplicar números complejos en forma binomial, usamos la propiedad distributiva (como al multiplicar binomios), y luego simplificamos usando el hecho de que i2 = -1.
Fórmula: Si \( z_1 = a + bi \) y \( z_2 = c + di \), entonces:
\[ z_1 \cdot z_2 = (a + bi)(c + di) = ac + adi + bci + bdi^2 = ac + adi + bci - bd = (ac - bd) + (ad + bc)i \]
Es decir:
- Multiplicamos los dos números complejos como si fueran binomios.
- Reemplazamos i2 por -1.
- Agrupamos la parte real y la parte imaginaria.
Ejemplo 1:
\( (2 + 3i)(1 - 2i) = 2(1) + 2(-2i) + 3i(1) + 3i(-2i) = 2 - 4i + 3i - 6i^2 = 2 - i - 6(-1) = 2 - i + 6 = 8 - i \)
Ejemplo 2:
\( (4 - i)(5 + 2i) = 20 + 8i - 5i - 2i^2 = 20 + 3i - 2(-1) = 20 + 3i + 2 = 22 + 3i \)
Ejemplo 3:
\( (1 + i)(1 - i) = 1 - i + i - i^2 = 1 - (-1) = 2 \) (Este es un caso especial: un número complejo multiplicado por su conjugado).Multiplicación por un Número Real
Si multiplicamos un número complejo por un número real, simplemente multiplicamos tanto la parte real como la imaginaria por ese número real.
Ejemplo: \( 3(2 + 4i) = 3 \cdot 2 + 3 \cdot 4i = 6 + 12i \)
Multiplicación por un Imaginario Puro
Si multiplicamos un número complejo por un imaginario puro (un múltiplo de *i*), la parte real se convierte en imaginaria, y la parte imaginaria se convierte en real (con un posible cambio de signo).
Ejemplo: \( 2i(5 - 3i) = 10i - 6i^2 = 10i - 6(-1) = 6 + 10i \)
Ejercicios
Ejercicio 1: Calcula los siguientes productos:
- \( (1 + i)(3 - 2i) \)
- \( (4 - 3i)(2 + i) \)
- \( (-2 + i)(-1 - i) \)
- \( (5i)(3 + 2i) \)
- \( 4(1 - i) \)
- \( (0.5 + i)(2 - 0.4i) \)
- \( (\frac{1}{2} - \frac{1}{2}i)(\frac{1}{2} + \frac{1}{2}i) \)
- \( (1 + \sqrt{2}i)(1 - \sqrt{2}i) \)
- \( (a + bi)(a - bi) \) (donde *a* y *b* son números reales cualesquiera)
Ejercicio 2: Calcula
- \((1 + i)^2\)
- \((1 + i)^3\)
- \((1 + i)^4\)
Ejercicio 3: Encuentra el valor de *x* e *y* que hacen cierta la siguiente ecuación: (2 + 3i)(x + yi) = 1 + i
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3. División de Números Complejos
División de Números Complejos
El Conjugado de un Número Complejo
El *conjugado* de un número complejo \( z = a + bi \) se denota por \( \bar{z} \) (o a veces z*) y se obtiene *cambiando el signo de la parte imaginaria*:
\[ \bar{z} = a - bi \]
Ejemplos:
- El conjugado de 3 + 2i es 3 - 2i.
- El conjugado de -1 - i es -1 + i.
- El conjugado de 5i es -5i.
- El conjugado de 4 es 4 (los números reales son sus propios conjugados).
Propiedad Importante: El producto de un número complejo por su conjugado siempre es un número *real* y *no negativo*:
\[ (a + bi)(a - bi) = a^2 - (bi)^2 = a^2 - b^2i^2 = a^2 - b^2(-1) = a^2 + b^2 \]
División de Números Complejos
No podemos dividir directamente por un número complejo en forma binomial. La clave para dividir números complejos es *eliminar la parte imaginaria del denominador*. Logramos esto *multiplicando tanto el numerador como el denominador por el conjugado del denominador*.
Procedimiento: Para dividir \( \frac{a + bi}{c + di} \) (donde c + di ≠ 0):
- Multiplica el numerador y el denominador por el *conjugado* del denominador (c - di): \[ \frac{a + bi}{c + di} \cdot \frac{c - di}{c - di} \]
- Aplica la propiedad distributiva en el numerador y el denominador.
- Simplifica, usando el hecho de que \( i^2 = -1 \).
- Escribe el resultado en forma binomial (a + bi).
Ejemplo Resuelto Paso a Paso:
Calcula: \( \frac{2 + 3i}{1 - i} \)
- Multiplicamos numerador y denominador por el conjugado del denominador (1 + i): \[ \frac{2 + 3i}{1 - i} \cdot \frac{1 + i}{1 + i} \]
- Expandimos: \[ \frac{(2 + 3i)(1 + i)}{(1 - i)(1 + i)} = \frac{2 + 2i + 3i + 3i^2}{1 + i - i - i^2} \]
- Simplificamos (recuerda que \( i^2 = -1 \)): \[ \frac{2 + 5i - 3}{1 - (-1)} = \frac{-1 + 5i}{2} \]
- Escribimos en forma binomial: \[ \frac{-1}{2} + \frac{5}{2}i \]
Ejemplo Resuelto Paso a Paso 2:
Calcula: \( \frac{1 - 2.5i}{0.5 + 1.5i} \)
- Multiplicamos numerador y denominador por el conjugado del denominador (0.5 - 1.5i): \[ \frac{1 - 2.5i}{0.5 + 1.5i} \cdot \frac{0.5 - 1.5i}{0.5 - 1.5i} \]
- Expandimos: \[ \frac{(1 - 2.5i)(0.5 - 1.5i)}{(0.5 + 1.5i)(0.5 - 1.5i)} = \frac{0.5 - 1.5i - 1.25i + 3.75i^2}{0.25 - 0.75i + 0.75i - 2.25i^2} \]
- Simplificamos (recuerda que \( i^2 = -1 \)): \[ \frac{0.5 - 2.75i - 3.75}{0.25 + 2.25} = \frac{-3.25 - 2.75i}{2.5} \]
- Escribimos en forma binomial (simplificando las fracciones): \[ \frac{-3.25}{2.5} - \frac{2.75}{2.5}i = -1.3 - 1.1i \]
Ejercicios
Ejercicio 1: Encuentra el conjugado de cada número complejo:
- \( 4 + 5i \)
- \( -2 - 3i \)
- \( 6i \)
- \( -7 \)
- \( 1 - \sqrt{2}i \)
Ejercicio 2: Realiza las siguientes divisiones, expresando el resultado en forma binomial:
- \( \frac{1 + i}{2 - i} \)
- \( \frac{3 - 2i}{1 + i} \)
- \( \frac{4i}{2 + 3i} \)
- \( \frac{5}{i} \)
- \( \frac{2 + i}{2 - i} \)
Ejercicio 3: Resuelve para z (número complejo):
- \( \frac{z}{1 + i} = 2 - i \)
- \( (3 - i)z = 2 + 4i \)
Ejercicio 4: Simplifica: \( \frac{1}{i} + \frac{1}{i^2} + \frac{1}{i^3} + \frac{1}{i^4} \)
Ejercicio 5: Si \( z = 2 - 3i \), calcula \( \frac{1}{z} \) (el inverso multiplicativo de z).
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4. Ejercicios de Selección Múltiple - Operaciones con Complejos
Ejercicios de Selección Múltiple - Operaciones con ComplejosEjercicios de Selección Múltiple - Operaciones con Números Complejos
Subunidad 2: Operaciones con Números Complejos en Forma Binomial
Instrucciones: Elige la alternativa correcta. Haz clic en "Mostrar/Ocultar Solución" para ver la respuesta.
Ejercicio 1: Calcula: (2 + 3i) + (1 - 5i)
- 3 - 2i
- 3 + 8i
- 1 + 8i
- 1 - 2i
- 3 - 8i
Ejercicio 2: Calcula: (4 - i) - (2 + 3i)
- 6 + 2i
- 2 - 4i
- 2 + 2i
- 6 - 4i
- -2 + 4i
Ejercicio 3: Calcula: (1 + i)(2 - i)
- 2 - i
- 3 + i
- 2 + i
- 3 - i
- 1 + 3i
Ejercicio 4: Calcula: (3 - 2i)(3 + 2i)
- 9 - 4i
- 5
- 13
- 9 + 4i
- 9 - 4i2
Ejercicio 5: Calcula: \( \frac{1 + i}{i} \)
- 1 + i
- 1 - i
- -1 + i
- -1 - i
- i
Ejercicio 6: Calcula: \( \frac{2 - i}{1 + i} \)
- \( \frac{1}{2} - \frac{3}{2}i \)
- \( \frac{3}{2} - \frac{1}{2}i \)
- \( \frac{1}{2} + \frac{3}{2}i \)
- \( \frac{3}{2} + \frac{1}{2}i \)
- 1-i
Ejercicio 7: ¿Cuál es el conjugado de -4 + 3i ?
- 4 + 3i
- -4 - 3i
- 4 - 3i
- 3 - 4i
- -3 + 4i
Ejercicio 8: Si z = 2 - i, ¿cuál es el valor de z + \(\bar{z}\)?
- 4
- -2i
- 2
- -1
- 4-2i
Ejercicio 9: Simplifica: (1 + i)2
- 0
- 1
- 2
- 2i
- -2i
Ejercicio 10: Si z = 3 + 4i, ¿cuál es el valor de |z|?
- 3
- 4
- 5
- 7
- 25
Ejercicio 11: Si z = 1 - i, ¿cuál es el valor de z3?
- -2-2i
- -2+2i
- 2-2i
- 2+2i
- 1-i
Ejercicio 12: Si z1 = 2 + i y z2 = 1 - i, ¿cuál es la *distancia* entre z1 y z2 en el plano complejo?
- 1
- √2
- √5
- √10
- 5
Ejercicio 13: El número complejo z = -3 + 4i se representa en el plano complejo. ¿En qué cuadrante se encuentra?
- Primer cuadrante.
- Segundo cuadrante.
- Tercer cuadrante.
- Cuarto cuadrante.
- Sobre un eje.
Ejercicio 14: ¿Cuál de los siguientes números complejos está *más lejos* del origen en el plano complejo?
- 3 + 4i
- -5
- 4i
- -2 - 4i
- 1+ i√5
Ejercicio 15: La suma de dos números complejos *siempre* da como resultado:
- Un número real.
- Un número imaginario puro.
- Un número complejo.
- Cero.
- Un número irracional.
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