Le applet di w3.romascuola.net/gspes/c realizzate con P.U.G. Oggetti primitivi: C ; 0 , + , - , 1 , R⁺ , · , / , i 0 ∈ C + : C×C → C - : C → C 1 ∈ C R⁺ ⊂ C · : R⁺×C → C , · : R⁺×R⁺ → R⁺ / : R⁺ → R⁺ i ∈ C Assiomi: 0 , + , - : commutatività, neutralità, associatività, opposizione 1 , R⁺ : positività, chiusura additiva reale, densità, completezza · , / : neutralità, distributività, commuto-associatività, inversione i : indipendenza, bidimensionalità Punto origine (zero) e addizione a+b = b+a (assioma di commutatività additiva) , a+0=a (assioma di neutralità di 0) opposizione operatore di opposizione: C → C : a → - a assioma di opposizione: a+(-a)=0 sottrazione ( muovi l'interruttore d verso destra ) definizione (sottrazione): a - b := a + ( - b ) definizione (vettori): b↑a = vettore( b , a ) := a - b unità, verso positivo, verso negativo, asse reale, segmento unità ( muovi gli "interruttori a, b, c in orizzontale ) ]0,∞[ := R⁺ ∋ 1 ( assioma di positività: 1 ∈ R⁺ , 0 ∉ R⁺ ) definizioni: [0,∞[ := ]0,∞[ ∪ {0} ]-∞,0[ = R⁻ := - R⁺ ]-∞,∞[ = R := R⁺ ∪ R⁻ ∪ {0} R* := R⁺ ∪ R⁻ ]-∞,1[ := R⁻ + 1 ]0,1[ := ]-∞,1[ ∩ ]0,∞[ [0,1[ := ]0,1[ ∪ {0} ]0,1] := ]0,1[ ∪ {1} [0,1] := ]0,1[ ∪ {0,1} ]a,∞[ := ]0,∞[ + a [a,∞[ := [0,∞[ + a x < y :⇔ y ∈ ]x,∞[ ⇔ y-x ∈ R⁺ x ≤ y :⇔ y ∈ [x,∞[ ⇔ y-x ∈ [0,∞[ x < y ⇔ x + z < y + z x ≤ y ⇔ x + z ≤ y + z chiusura additiva reale assioma: a∈R⁺ , b∈R⁺ → a+b∈R⁺ , a-b∈R . Per gli assiomi di densità e completezza vedi qui . moltiplicazione e proporzionalità i triangoli Δ(0,1,a) e Δ(0, c, c·a) sono detti "proporzionali"; in simboli: Δ( 0 , 1 , a ) ∝ Δ( 0 , c , c·a ) moltiplicazione, versi, semirette, rette ( muovi a, c, d ) assioma di neutralità di 1: 1·a = a , x·1 = x definizione (estensione dell'ordine di scrittura dei fattori): a·x := x·a osservazioni grafiche (e definizioni estensive): 0·a := 0 , (-x)·a := - x·a semirette e rette per l'origine: ] 0 , a > := < a , 0 [ := a·R⁺ = a · ]0,∞[ [ 0 , a > := < a , 0] := a · [0,∞[ ] 0 , - a > := < - a , 0 [ := a·R⁻ = a · ]-∞,0[ = - a · ]0,∞[ [ 0 , - a > := < - a , 0 [ := a · ]-∞,0] = - a · [0,∞[ < 0 , a > := < a , 0 > := R·a = a·R semirette e rette traslate: d + a·R⁺ , d + a·R⁻ , R·a + d semiretta da un punto per un punto ] a , b > := < b , a [ := a + (b-a)·R⁺ = a + (b-a) · ]0,∞[ [ a , b > := < b , a ] := a + (b-a) · [0,∞[ retta per due punti < a , b > := < b , a > := a + R·(b-a) segmenti ( muovi l'interruttore d in orizzontale per togliere gli estremi ) [ a , b ] := [ b , a ] := a + [0,1]·(b-a) ] a , b ] := [ b , a [ := a + ]0,1]·(b-a) [ a , b [ := ] b , a ] := a + [0,1[·(b-a) ] a , b [ := ] b , a [ := a + ]0,1[·(b-a) associatività dell'addizione ( muovi in su e in giù il punto d ) assioma di associatività additiva: ( a + b ) + c = a + ( b + c ) Elemento neutro per la moltiplicazione: 1) neutralità di 1 a sinistra 1 · a = a ( prima parte dell'assioma di neutralità di 1 ) 2) neutralità di 1 a destra c · 1 = c ( seconda parte dell'assioma di neutralità di 1 ) Assiomi di distributività: 1) distributività a sinistra c · ( a + b ) = c · a + c · b 2) distributività a destra ( a + b ) · c = a · c + b · c Osservazione grafica: prodotto di due numeri reali b = c + (b-c) , a·b = a·c + a·(b-c) chiusura moltiplicativa di R⁺ : a∈R⁺ , b∈R⁺ → a·b∈R⁺ . Conservazione moltiplicativa della disuguaglianza: z > 0 → ( x < y ↔ x · z < y · z ) moltiplicazione, divisione, inversione ( quando a va in c , h=k·a va in 1; quindi k·c=1 ) operatore di inversione: R⁺ → R⁺ : c → /c assioma di inversione: (/c) ∙ c = 1 estensione dell'inversione: R* → R* , /(-c) := -(/c) divisione: a / c := a ∙ ( /c ) [ c ∈ R* ] proprietà commuto-associativa assioma: (a·b)·c = b·(a·c) ⇒ (ponendo c=1) a·b = b·a (proprietà commutativa della moltiplicazione) ⇒ b·(a·c) = (b·a)·c (proprietà associativa della moltiplicazione) potenze xⁿ alternate ai punti a·xⁿ ( n = 0, 1, 2, 3, ... ) ( clicca sull'applet e poi premi la barra spaziatrice ) potenze x⁻ ⁿ alternate ai punti a·x⁻ ⁿ ( n = 1, 2, 3, ... ) ( clicca sull'applet e poi premi la barra spaziatrice ) moltiplicazione & divisione ... e grafici di funzioni l'unità immaginaria ( non del tutto "immaginaria" ) assioma di indipendenza: i ∉ R coordinate di un punto assioma di bidimensionalità: C = R + R·i = R + I ( I := R·i = asse immaginario ) operatore Re : C→R : Re(x+yi) := x operatore Im : C→R : Im(x+yi) := y operatore "virgola" : R×R→C : x , y := x + y·i ( abbreviato in x + y i ) indipendenza e bidimensionalità le 8 isometrie coordinate Ad ogni punto a=x+yi vengono associati, su un primo rettangolo: il punto stesso id(a) := a il suo opposto -id(a) = -a = -x-yi il suo coniugato conj(a) := x-yi il suo anticoniugato -conj(a) = conj(-a) = -x+yi e su un secondo rettangolo: il suo ortonormale diretto (o antiorario) ort(a) = -y+xi il suo ortonormale orario (o antiortonormale) -ort(a) = ort(-a) = y-xi il suo inverso inv(a) := y+xi = ort(conj(a)) = - conj(ort(a)) il suo antiinverso -inv(a) = inv(-a) ottenendo otto trasformazioni di C, suddivise in: 4 simmetrie assiali: conj, -conj, inv, -inv 4 rotazioni: id, ort, -id, -ort che possono essere tutte ottenute dalle sole due conj e ort, in quanto ort(ort(a))=-a. Ognuna di queste otto funzioni ha le due proprietà (dette "proprietà di linearità"): f(x·a) = x·f(a) e f(a+b)=f(a)+f(b). Le stesse proprietà ha una qualunque funzione suo multiplo: (k·f)(x·a) = k·f(x·a) = k·x·f(a) = x·(k·f)(a) e anche qualunque somma di due funzioni tra queste otto: (f+g)(a+b) = f(a+b)+g(a+b)=f(a)+f(b)+g(a)+g(b)=(f+g)(a)+(f+g)(b). In particolare tra le funzioni ottenute per somma e moltiplicazione ci sono Re e Im : Re(a) = ( a + conj(a) )/2 ovvero Re = (1/2)id + (1/2)conj Im(a) = ( a - conj(a) )/2 ovvero Im = (1/2)id + (-1/2)conj . Tutto ciò dipende dal fatto che conj e ort godono delle proprietà di linearità, e queste proprietà si conservano per composizione tra funzioni. ortonormalità ort(1) := d , ort(d) := -1 , ort(x·1+y·d) := x·ort(1)+y·ort(d) = -y+x·d ortogonalità e unità immaginaria ... quando la perpendicolarità ... va storta ( ovvero quando una metrica ... irrompe nell'affine ) Il prodotto di due numeri complessi (ossia elementi di C) può essere introdotto seguendo tre punti di vista, che conducono allo stesso risultato: I ) estensione della proporzionalità di triangoli : ponendo a = x+yi , Δ( 0 , 1 , a ) = Δ( 0 , 1 , x+yi ) = Δ( 0 , 1 , x·1+y·ort(1) ) ∝ Δ( 0 , c , x·c+y·ort(c) ) ; x·c+y·ort(c) è definito "prodotto" c·a ; II ) criterio del rapporto : definiamo "coppia di coordinate" di m rispetto a c la coppia di numeri reali (x,y) tale che m=x·c+y·ort(c) ed esprimiamo simbolicamente questo fatto scrivendo: m ≡c (x,y) ; ponendo a=x+yi, chiamiamo a "rapporto" di m rispetto a c, scrivendo m:c := a ; siccome a ≡1 (x,y), m è quel punto che ha rapporto rispetto a c pari al rapporto che ha a rispetto a 1, ovvero m:c=a:1 ; m è definito "prodotto" di a e c ; ( questo criterio conduce al concetto di proporzione ) III ) generalizzazione del moltiplicatore (coefficiente della moltiplicazione) da reale a complesso : ponendo c = h+ki = h·1+k·ort(1) si costruisce il prodotto del moltiplicatore c per il moltiplicando a applicando ad a il processo che è applicato a 1 per avere c, ossia : c·a = h·a+k·ort(a). I tre procedimenti portano allo stesso risultato, in quanto, posto c = h+ki e a = x+yi, si ha: h·a+k·ort(a) = x·c+y·ort(c) = hx - ky + (hy+kx)i , il che significa che la moltiplicazione tra numeri complessi è commutativa (muovi su e giù l'interruttore d). - Si ha: ort(a·b) = a·ort(b) , in quanto: ort(x·b+y·ort(b))=x·ort(b)+y·ort(ort(b)) e tale proprietà di ort (assieme alla sua linearità) permette di ricavare l'associatività del prodotto appena introdotto: (a·b)·c=Re(a·b)·c+Im(a·b)·ort(c)=Re(x·b+y·ort(b))·c+Im(x·b+y·ort(b))·ort(c)= x·Re(b)·c+y·Re(ort(b))·c+x·Im(b)·ort(c)+y·Im(ort(b))·ort(c)= x·(Re(b)+Im(b)·ort(c))+y·(Re(ort(b))·c+Im(ort(b))·ort(c))=x·(b·c)+y·ort(b)·c= x·(b·c)+y·ort(b·c)=a·(b·c) . Altra fondamentale conseguenza: ort(a) = ort( a·1) = a·ort(1) = a·i , da cui: i² = i·i = ort(i) = -1 e pertanto il simbolo ort è superfluo in quanto sostituibile dal prodotto per l'unità immaginaria. - La coniugazione è distributiva rispetto alla moltiplicazione: conj(a·b) = conj(a)·conj(b), in quanto conj(x·b+y·ort(b))=x·conj(b)+y·conj(ort(b))=x·conj(b)-y·ort(conj(b)). spirale delle potenze di un numero a ( puoi muovere con il mouse i punti a e c ) tutti i triangoli Δ(0,aⁿ,aⁿ⁺¹), ottenuti con valori interi di n (n=0,1,-1,2,-2,3,-3,...), sono tra di loro proporzionali: tra questi, ottenuto con n=0, c'è il triangolo Δ(0,1,a). modulo e versore m≥0 Δ(0,1,n) ∝ Δ(0,m,a) ⇒ a=m·n ⇒ (se m non è nullo) n=a/m Δ(0,1,n) ∝ Δ(0,k,m) ⇒ m=k·n=n·k quindi: a·k=m·n·k=m·m=m² ⇒ m=√(a·k) ovvero: m=√(a·ā). def₁ : modulo(a) := |a| := m def₂ : versore(a) := vers(a) := n a = |a|·vers(a) argomento di un numero complesso e funzioni circolari Ci riproponiamo di portare un numero reale d ad un arco di misura pari a d con centro nell'origine 0 e punto di partenza 1. Portiamo d in verticale collocando tale segmento verticale ad ascissa 1. Quindi abbiamo che al punto d corrisponde il punto h=(1+d·i). Prendiamo un numero intero positivo n e dividiamo tale segmento verticale in n parti, ottenendo quindi il punto m=1+d·i/n. Adesso costruiamo la spirale a n lati prendendo tutte le potenze m, m², m³, ..., mⁿ. Quando n tende a infinito, il punto mⁿ tende al punto terminale dell'arco desiderato (portando b verso sinistra, nella figura, h si sposta dall'estremo del segmento all'estremo della spirale, mentre muovendo in orizzontale c si cambia il numero n). In questo modo, al variare del punto d sull'asse reale, il punto P(d) riportato tramite tale "avvolgimento" varia sulla circonferenza passante per 1 e di centro 0 (detta "circonferenza goniometrica"). Quindi si ha: P(d) := lim ( 1 + d·i )ⁿ . Si definiscono le funzioni seno (sin) e coseno (cos) nel seguente modo: sin(d) := ordinata(P(d)) , cos(d) := ascissa(P(d)) . "Argomento" (detto anche "fase") di un numero complesso a è quel numero d dell'intervallo ]-π,π] tale che P(d)=versore(a). Il punto P(d) è detto "fasore" di a. Si usano i seguenti simbolismi: argomento(a) = arg(a) = ∠a. Il limite lim (1+d·i)ⁿ si indica anche con la notazione exp(d·i), in quanto la funzione exp è definita come: exp(ξ) := lim ( 1 + ξ/n )ⁿ. Pertanto: a=|a|·exp(i·∠a)=|a|·(cos(∠a)+i·sin(∠a)). In particolare, se x∈R : exp(i·x) = cos(x) + i·sin(x) (formula di Eulero per i numeri immaginari). Per x = π tale formula fornisce: exp( i · π ) + 1 = 0 . _____________________ Su Facebook Indice di Informatematica