Math Problem Statement

Aufgabe 3. Skizzieren Sie für die folgenden komplexen Zahlen jeweils z und iz in der Gaußschen Zahlenebene. Was bewirkt die Multiplikation mit i? z1 = 1 − i; z2 = 1 + i; z3 = −2

Solution

Um die Aufgabe zu lösen, skizzieren wir zunächst die komplexen Zahlen zz und iziz für die gegebenen Werte in der Gaußschen Zahlenebene und analysieren die Wirkung der Multiplikation mit ii.

Gegebene Zahlen:

  • z1=1iz_1 = 1 - i
  • z2=1+iz_2 = 1 + i
  • z3=2z_3 = -2

Schritt 1: Darstellung der komplexen Zahlen zz in der Gaußschen Zahlenebene

In der Gaußschen Zahlenebene (auch komplexe Ebene genannt) wird die reelle Achse als x-Achse (Realteil) und die imaginäre Achse als y-Achse (Imaginärteil) dargestellt.

  • z1=1iz_1 = 1 - i: Dies entspricht dem Punkt (1,1)(1, -1) (1 entlang der Realachse, -1 entlang der Imaginärachse).
  • z2=1+iz_2 = 1 + i: Dies entspricht dem Punkt (1,1)(1, 1) (1 entlang der Realachse, 1 entlang der Imaginärachse).
  • z3=2z_3 = -2: Dies entspricht dem Punkt (2,0)(-2, 0) (nur Realteil -2, keine Imaginärkomponente).

Schritt 2: Berechnung von iziz

Die Multiplikation einer komplexen Zahl mit ii entspricht einer Drehung um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn in der Gaußschen Zahlenebene.

  • iz1=i(1i)=ii2=i+1=1+iiz_1 = i(1 - i) = i - i^2 = i + 1 = 1 + i: Dies entspricht dem Punkt (1,1)(1, 1).
  • iz2=i(1+i)=i+i2=i1=1+iiz_2 = i(1 + i) = i + i^2 = i - 1 = -1 + i: Dies entspricht dem Punkt (1,1)(-1, 1).
  • iz3=i(2)=2iiz_3 = i(-2) = -2i: Dies entspricht dem Punkt (0,2)(0, -2).

Schritt 3: Wirkung der Multiplikation mit ii

Die Multiplikation einer komplexen Zahl zz mit ii bewirkt eine Drehung um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn in der Gaußschen Zahlenebene. Dies sieht man daran, dass:

  • z1=1iz_1 = 1 - i bei der Multiplikation mit ii auf 1+i1 + i rotiert.
  • z2=1+iz_2 = 1 + i bei der Multiplikation mit ii auf 1+i-1 + i rotiert.
  • z3=2z_3 = -2 bei der Multiplikation mit ii auf 02i0 - 2i rotiert.

Zusammenfassung:

Die Multiplikation mit ii bewirkt eine Drehung der komplexen Zahl um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn in der Gaußschen Zahlenebene.

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Hier sind 5 verwandte Fragen:

  1. Wie würde die Multiplikation einer komplexen Zahl mit i-i die Zahl in der Gaußschen Ebene verändern?
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  4. Wie stellt man komplexe Zahlen im Polarkoordinatensystem dar?
  5. Was passiert, wenn man eine komplexe Zahl mit ihrem konjugierten Wert multipliziert?

Tipp: Die Multiplikation mit ii entspricht der Drehung um 90 Grad, und die Multiplikation mit ini^n dreht die Zahl um 90n90n-Grad-Schritte.

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Complex Numbers
Imaginary Unit Multiplication
Rotation in Complex Plane

Formulas

i * z = iz, where i represents a 90-degree rotation counterclockwise

Theorems

Multiplication of complex numbers as rotation in the complex plane

Suitable Grade Level

Grade 11-12