Interpretação Geométrica

 

Porque é que i2 = -1?  Aplicações Interactivas de Multiplicação, Divisão e Potenciação de Complexos
Adição e Subtracção de Números Complexos Conjugado de um Número Complexo
Aplicações Interactivas Relacionadas com a Adição de Complexos Simétrico do Conjugado de um Número Complexo
Multiplicação de números complexos Simétrico de um Número Complexo
Operações em C e as Transformações Geométricas

    Ao longo desta página é de notar que um número complexo pode ser, indiferentemente, considerado como o número z, o ponto z ou o vector z.

Porque é que i2 = -1?

        Suponhamos um lápis de comprimento unitário assente num referencial cartesiano como indica a figura

    O lápis aponta para 1. Rodemos agora o lápis 90º, no sentido directo, em torno da origem.

    O lápis agora aponta para i. Podemos assim considerar que multiplicar por i corresponde a uma rotação de 90º em torno da origem no sentido directo.
    Rodemos de novo o lápis 90º no sentido directo, em torno da origem.

    O lápis aponta para -1. Fizemos assim duas rotações de 90º no sentido directo, em torno da origem, isto é, operamos i duas vezes sobre 1, e obtivemos -1, ou seja

i´i = -1 Û   i2 = -1

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Adição e Subtracção de Números Complexos

    Considerando os números como vectores, a soma de complexos não é mais que a soma dos vectores que os representam pela "regra do paralelogramo", e a subtracção corresponde à adição do primeiro vector com o simétrico do segundo vector.

       

Note-se ainda que se interpretarmos o complexo z1 como o ponto z1, z = z1+z2 corresponde à translação do ponto z1 segundo o vector z2.

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Multiplicação de números complexos

    Pretendemos fazer a interpretação vectorial do produto de um número complexo z1 = a+bi por um número complexo z2 = c+di, sabendo que esta operação não corresponde a nenhuma operação conhecida entre vectores.

    Suponhamos que z2 é um número real, isto é, que d = 0; então o produto de z1 por z2 corresponde ao produto do vector (a,b) pelo número real c. É de notar que se c>0, então esta operação corresponde a uma dilatação de razão c do vector z1 e se c<0 corresponde a uma dilatação de razão |c| do mesmo vector, seguida de uma rotação de 180º de centro na origem.

    Suponhamos que z2 = i, então neste caso o produto do complexo a+bi por i corresponde à rotação de 90º no sentido directo e em torno da origem do vector (a,b), obtendo-se o vector (-b,a).

    O produto de um complexo a+bi por um imaginário puro ki combina as duas operações anteriores: o produto do vector (a,b) por k, seguido de uma rotação de 90º no sentido directo em torno da origem do vector obtido.

    Estas operações podem ser facilmente visualizadas na figura seguinte:

    Vejamos agora o produto de um complexo a+bi pelo complexo c+di. Este produto é equivalente a c´(a+bi) + di´(a+bi), por isso vectorialmente corresponde a:

1. determinar o produto do vector (a,b) pelo número real c; 2. determinar o produto do vector (a,b) pelo número real d e fazer uma rotação de 90º ao vector obtido

3. adicionar os vectores obtidos em 1. e 2.
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Conjugado de um Número Complexo

 

Reflexão segundo Ox Û conjugado

Re z = Re z
Im z = -Im z
|z| = |z|
arg z = -arg z

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Simétrico do Conjugado de um Número Complexo

 

Reflexão segundo Oy Û simétrico do conjugado
Re(-z) = -Re z
Im(-z) = Imz
|-z| = |z|
arg(-z) =p-arg z
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Simétrico de um Número Complexo

 

Meia-Volta com centro na Origem Û simétrico

Re(-z) = -Re z
Im(-z) = -Imz
|-z| = |z|
arg(-z) =arg z-p
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Operações em C e as Transformações Geométricas

    Podemos então fazer corresponder várias operações com complexos às respectivas transformações geométricas, como se pode ver na seguinte tabela:

Operações em C Transformações Geométricas
Conjugado de um Número Complexo
z®z
Reflexão segundo o eixo real
Simétrico de um Número Complexo
z®-z
Meia- Volta com centro na Origem
Adição de um Número Complexo com wÎC
z®z+w
Translação segundo o Vector w
Multiplicação de um Número Complexo por kÎR
z®kz
Homotetia de centro na Origem e Razão k
Multiplicação de um Número Complexo por cisq ÎC
z®zcisq
Rotação de Centro na Origem e Amplitude q

    Estas cinco operações básicas são suficientes para interpretar geometricamente todas as operações com complexos necessárias. Basta interpretar algumas operações como inversas de algumas destas, e recorrer à transformação geométrica inversa, e outras como compostas de várias operações e recorrer à composta das transformações geométricas correspondentes.

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