ریاضی را حرف بزن · دانشگاه

اعداد مختلط: نقطه‌هایی که می‌چرخند

عدد مختلط یک نقطه روی صفحه است، و ضرب در آن صفحه را می‌چرخاند و می‌کشد. هفت علامت می‌گویند نقطه کجاست، چقدر دور است و رو به کدام سو است.

پیش‌نویس: نوشتهٔ یک دستیار هوش مصنوعی؛ هنوز معلمی آن را بررسی نکرده است.

الفبا

هر نماد را همان‌طور که زیرش نوشته شده بلند بخوان.

  • بخوان: i به توان دو مساوی است با منفی یکیعنی: i عدد تازه‌ای است که مربعش −۱ است؛ ضرب در i یک چرخش ربع‌دور است
  • بخوان: z مساوی است با a به‌اضافهٔ b ضرب در iیعنی: نقطه‌ای با a واحد به راست و b واحد بالا: a قسمت حقیقی و b قسمت موهومی است
  • بخوان: قسمت حقیقی z برابر a است؛ قسمت موهومی z برابر b استیعنی: مقدار راست و بالای نقطهٔ z
  • بخوان: z بار مساوی است با a منهای b ضرب در i (مزدوج z)یعنی: قرینهٔ z نسبت به محور افقی
  • بخوان: قدر مطلق z مساوی است با جذر a به توان دو به‌اضافهٔ b به توان دویعنی: فاصلهٔ z تا مبدأ
  • بخوان: آرگومان z مساوی است با تتایعنی: زاویهٔ محور راست تا z، خلاف جهت عقربه‌های ساعت
  • بخوان: e به توان i تتا مساوی است با کسینوس تتا به‌اضافهٔ i ضرب در سینوس تتایعنی: نقطه‌ای روی دایرهٔ به شعاع یک با زاویهٔ θ: یک چرخش به اندازهٔ θ

داستان: چرخِ چرخان

زیرنویس:

روی هر سطر بزن تا کلمه‌هایش را ببینی.

  1. چرخی به شعاع ۲ روی صفحه است. نشانه‌ای روی لبهٔ آن از انتهای راست شروع می‌کند، ۲ واحد به راست.
  2. یک ربع‌دور خلاف جهت عقربه‌های ساعت یعنی ضرب در i. نشانه حالا بالاست، در ۲i.
  3. ربع‌دور بعدی دوباره ضرب در i است. i ضرب در i می‌شود −۱، پس نشانه به −۲ می‌رسد: نیم‌دور.
  4. کمی بعد نشانه ۱ واحد به راست و √۳ واحد بالاست.
  5. قرینهٔ آن نسبت به محور افقی ۱ واحد به راست و √۳ واحد پایین است.
  6. فاصلهٔ آن از مرکز ۲ است: هنوز روی لبهٔ چرخ است.
  7. زاویهٔ آن با محور راست π بر ۳ است، یعنی یک‌ششمِ یک دور کامل.
  8. پس نشانه ۲ برابرِ نقطه‌ای روی دایرهٔ واحد با زاویهٔ π بر ۳ است، یعنی ۲ ضرب در e به توان i ضرب در π بر ۳.
  9. ضرب نشانه در قرینه‌اش ۴ می‌شود، یعنی مربع فاصله‌اش.
  10. چرخش به اندازهٔ π یک نیم‌دور است و هر نقطه را به قرینه‌اش نسبت به مبدأ می‌برد: e به توان iπ برابر −۱ است.

این داستان با کلمه‌ها ۷۴۰ حرف است؛ با نمادها ۱۰۹.

بخوانش

چه می‌گوید؟

بنویسش

کدام نمادنویسی همین را می‌گوید؟

z عددی مختلط با قسمت حقیقی a و قسمت موهومی b است.

فاصلهٔ z = a + bi تا مبدأ.

نقطه‌ای روی دایرهٔ به شعاع یک با زاویهٔ θ برابر است با کسینوس θ به‌اضافهٔ i ضرب در سینوس θ، که همان e به توان iθ است.

قرینهٔ z = ۳ + ۴i نسبت به محور افقی.

نقطه‌ای با ۲ واحد به چپ و ۵ واحد بالا.

قسمت حقیقی z برابر ۴ و قسمت موهومی z برابر −۱ است.

i ضرب در i مساوی است با منفی یک.

زاویهٔ z، خلاف جهت عقربه‌های ساعت از محور راست، π بر ۴ است.

نقطهٔ دایرهٔ واحد با زاویهٔ π بر ۲ همان i است.

فاصلهٔ ۱ + i تا مبدأ جذر ۲ است.

z بر حسب فاصله‌اش r و زاویه‌اش θ: r ضرب در e به توان iθ.

یک نقطه و قرینه‌اش از مبدأ هم‌فاصله‌اند.

بسازش

کاشی‌ها را به ترتیب بزن. یکی از کاشی‌ها اضافه است.

z ضرب در z بار مساوی است با مربع قدر مطلق z.

e به توان iπ به‌اضافهٔ یک مساوی است با صفر.

e به توان iθ مساوی است با کسینوس θ به‌اضافهٔ i ضرب در سینوس θ.

قدر مطلق z مساوی است با جذرِ a به توان دو به‌اضافهٔ b به توان دو.

آرگومان i مساوی است با π بر ۲.

قسمت حقیقی z به‌اضافهٔ i ضرب در قسمت موهومی z دوباره z را می‌دهد.

چالش‌ها

معماهای خلاقانه‌ای که همهٔ نمادهای این فصل را به کار می‌برند. عجله نکن؛ ساعتی در کار نیست.

1 چهار نقطه

چهار نقطه از صفحه در سطرها آمده است. تیک نشان می‌دهد نقطه ویژگی ستون را دارد یا نه. هر جمله را داوری کن.

✓✓✓
✓
✓✓✓
✓✓

تیک یعنی نقطهٔ سطر ویژگی ستون را دارد.

2 زبان نشانه‌ها

هر خط را به معنایش وصل کن.

روی یک سطر بزن، بعد روی معنایش.

3 اتحاد معروف

این باید بگوید: e به توان iπ، به‌علاوهٔ یک، می‌شود صفر. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

4 مربع فاصله

این باید بگوید: مربع فاصلهٔ z = a + bi تا مبدأ برابر است با a² و b² با هم. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

5 یک چهارم‌چرخش‌ها

هر ضرب در i یک چهارم چرخش است. i⁷ چند است؟

6 چقدر از مرکز دور است؟

نقطهٔ z چقدر از مبدأ فاصله دارد؟

7 نیم‌چرخش

نقطه کجا می‌نشیند؟

8 نقطه و قرینه‌اش

حاصل‌ضرب یک نقطه در قرینه‌اش عددی حقیقی است. آن را با فاصلهٔ z بنویس، بعد مقایسه کن.

9 چهار نقطه، روی دایره و بیرون آن

چهار نقطه در سطرها آمده است؛ تیک نشان می‌دهد نقطه ویژگی ستون را دارد. هر جمله را داوری کن.

✓✓✓
✓
✓✓
✓✓

تیک یعنی نقطهٔ سطر ویژگی ستون را دارد.

10 چهار چرخش

هر چرخش را به جایی که نقطهٔ ۱ را می‌برد وصل کن.

روی یک سطر بزن، بعد روی معنایش.

11 حسابش کن

هر خط عددی است در لباس مبدل. آن را به مقدارش وصل کن.

روی یک سطر بزن، بعد روی معنایش.

12 یک ربع‌دورِ یک نقطه

۲ + ۳i را در i ضرب کن: یک ربع‌دور خلاف جهت عقربه‌های ساعت. حاصل باید −۳ + ۲i باشد. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

13 رو به کدام سو؟

نقطه‌ای با ۱ واحد به چپ و ۱ واحد بالا در ربع بالا سمت چپ است، سه‌هشتمِ یک دور از محور راست. یکی از کاشی‌ها غلط است. پیدایش کن و درستش کن.

روی کاشیِ غلط بزن.

14 نقطه را پیدا کن

نقطه‌ای در فاصلهٔ ۱۳ از مبدأ، ۵ واحد به راست و بالای محور است. کدام نقطه است؟

15 سه بار یک‌ششم دور

z نقطه‌ای است یک‌ششمِ دور روی دایرهٔ واحد. z به توان سه کجاست؟

16 مربعی که می‌چرخد

نقطهٔ ۱ به راست و ۱ به بالا را به توان دو برسان. به کجا می‌رسد؟

17 قرینهٔ یک چرخش

قرینهٔ نقطهٔ دایرهٔ واحد با زاویهٔ θ، نقطه‌ای با زاویهٔ −θ است. آن را با بار و با e بنویس. بعد مقایسه کن.

داستان خودت را بگو

یک داستان دوخطی با علامت‌ها بنویس دربارهٔ نقطه‌ای روی یک چرخ چرخان: از کجا شروع می‌کند، چه چیزی در آن ضرب می‌شود، به کجا می‌رسد. بررسی کن که |z| تغییر نمی‌کند.

فقط روی همین دستگاه نگه داشته می‌شود.