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 .

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