Algumas questões sobre variáveis complexas
Questão 1
1. Calcular
Primeiro, podemos simplificar:
Logo:
Agora, expandindo :
Então:
2. Divisão por
Multiplicamos numerador e denominador pelo conjugado :
Agora, expandindo o numerador:
Então:
Resultado Final:
Questão 2
Qual valor corresponde à distância entre os números z = 1 e w = i?
A distância entre dois números complexos e é dada por
Aqui:
Então:
O módulo é:
Logo, a distância entre e é:
Questão 3
Qual é o valor da integral tal que é o círculo tal que ?
Com com orientado positivamente.
1 Locais singulares de
portanto os polos são os zeros de :
Numérico: (dentro do disco ); os próximos estão fora.
Portanto os polos dentro de são e .
2 Tipo dos polos
Zeros de em são simples porque e . Logo cada polo é simples.
3 Cálculo da resídua num polo simples
Se com , então
Aqui . Assim, em qualquer zero simples de :
(Verificação: para , . Para , .)
Cada polo contribui .
4 Soma das résides e teorema dos resíduos
Soma das résides dentro de : .
Pelo teorema dos resíduos (orientação positiva):
Resultado final
Questão 4
Sejam . Qual das expressões abaixo coincide com ?
Lembrando as formas de Euler:
1 Escrevendo
2 Escrevendo em termos exponenciais
Primeiro,
E
Somando os dois termos:
onde
Calculando :
Logo
Mas isso é exatamente a expressão em , que é .
Conclusão
Questão 5
Para qual valor a série abaixo converge?
1 Reescrever o termo geral
Portanto a série se separa em duas séries geométricas:
2 Analisar cada parcela
-
Primeira série: razão , com . Logo converge e sua soma vale
-
Segunda série: razão . Como , os termos não tendem a zero (pelo contrário, crescem sem limite). Pelo teste necessário para convergência, se os termos gerais não tendem a zero a série diverge. Portanto
(Alternativamente, a soma parcial fechada é , que tende a quando .)
3 Conclusão
Como a soma total é a soma de duas séries e uma delas diverge, a série não converge.
Questão 6
Qual é a expressão derivada da funçao abaixo?
Onde:
-
indica que é uma função que leva números complexos () em números complexos ().
-
é a regra da função, ou seja, como cada número complexo é transformado.
1 Identificar cada termo
A função tem dois termos:
2 Aplicar a regra da potência
A regra da potência para derivadas diz:
-
Para :
3 Aplicar a derivada de uma constante multiplicada por
A derivada de , com constante, é:
-
Para :
4 Somar os resultados
Agora somamos as derivadas de cada termo:
Questão 7
Classifique o conjunto dado por:
1 Identificar o tipo de conjunto
A equação representa:
-
Todos os pontos no plano tal que a distância à origem é 2.
-
Geometricamente, isso é uma circunferência de raio 2 centrada na origem.
-
Nota: o interior do círculo () não está incluído. Só os pontos da borda.
2 Verificar se é fechado
Um conjunto é fechado se contém todos os seus pontos de fronteira.
-
A fronteira do círculo de raio 2 é exatamente a circunferência.
-
Como inclui todos esses pontos, então A é fechado.
3 Verificar se é aberto
Um conjunto é aberto se todo ponto tem uma vizinhança totalmente contida no conjunto.
-
Pegando qualquer ponto da circunferência, qualquer pequena vizinhança terá pontos fora da circunferência.
-
Portanto, A não é aberto.
4 Verificar se é convexo
Um conjunto é convexo se para quaisquer dois pontos do conjunto, o segmento de reta entre eles está totalmente dentro do conjunto.
-
Pegando dois pontos da circunferência, o segmento de reta entre eles passa pelo interior do círculo.
-
Como o interior não está incluído, o segmento não fica totalmente em .
-
Então, A não é convexo.
5 Verificar se é compacto
Um conjunto é compacto se é fechado e limitado:
-
é fechado (Passo 2).
-
é limitado, pois todos os pontos têm e .
-
Logo, A é compacto.
Questão 8
Qual é o valor do modulo do numero abaixo?:
1 Lembrar a fórmula do módulo
Para um número complexo :
Aqui:
-
(parte real)
-
(parte imaginária)
2 Substituir os valores na fórmula
3 Elevar ao quadrado
4 Somar
5 Raiz quadrada
Questão 9
1 Separar parte real e parte imaginária
-
Partes reais: e
-
Partes imaginárias: e
2 Somar as partes reais
3 Somar as partes imaginárias
4 Escrever o resultado
Questão 10
Qual é o conjunto solução da equação:
1 Relembrar a definição do logaritmo complexo
Para números complexos, o logaritmo natural é definido como:
Onde:
-
é o módulo de
-
é o argumento de (ângulo com o eixo real positivo)
2 Igualar a zero
Um número complexo é zero se e somente se:
-
Parte real = 0 →
-
Parte imaginária = 0 →
3 Resolver a parte real
Então o módulo de é 1.
4 Resolver a parte imaginária
5 Escrever o conjunto solução
Como o módulo é 1 e o argumento é 0:
Até a proxima ;)
Livros introdutórios
-
“Elementary Complex Analysis” – Marsden & Hoffman
Ótimo para começar com números complexos, operações, forma trigonométrica e exponencial. Explica muito bem a ideia de módulo, argumento e logaritmo complexo. -
“Complex Numbers and Geometry” – Liang-shin Hahn
Foca na interpretação geométrica dos números complexos e suas aplicações, ótimo pra fixar a parte visual. -
“Complex Variables and Applications” – Churchill & Brown
Um clássico universitário. Começa do básico, cobre funções de variável complexa, séries de Laurent, integração no plano complexo. Ideal se você quiser ir além do módulo, soma e exponencial.
Livros intermediários / avançados
-
“Visual Complex Analysis” – Tristan Needham
Muito bom, visual e intuitivo. Mostra os números complexos como algo geométrico, com figuras, rotações e transformações. Ótimo pra entender conceitos que o cálculo tradicional não mostra. -
“Complex Analysis” – Elias Stein & Rami Shakarchi
Mais formal e teórico, cobre propriedades profundas de funções complexas, integrais e séries. Ideal se você quiser avançar pra análise complexa.
Recursos online
-
MIT OpenCourseWare – Complex Variables
Tem vídeo aulas gratuitas, bem didático e com exercícios resolvidos. -
Khan Academy – Números Complexos
Introdução leve, ótima pra revisar operações, módulo, argumento, forma trigonométrica e exponencial.
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