¿Cómo se calcula la raíz cuadrada de los números imaginarios?

Todos trataron esta pregunta como “raíz cuadrada de números complejos”. Tomemos el interrogador en su palabra y consideremos las raíces cuadradas de números puramente imaginarios. Estas son las soluciones para

[matemáticas] z ^ 2 = ai [/ matemáticas]

donde [math] z [/ math] es un número complejo y [math] a \ ne 0 [/ math] es un número real.

Una raíz cuadrada de un número complejo tiene la mitad del ángulo del original. Siempre hay dos raíces cuadradas que son negaciones entre sí, por lo que solo necesitamos encontrar una y poner una [matemática] \ pm [/ matemática] al final.

La respuesta depende del signo de [matemáticas] a [/ matemáticas]. (Eso no es tan sorprendente si considera la diferencia entre la raíz cuadrada de un número positivo y uno negativo). Tomemos el caso [math] a> 0 [/ math].

[matemáticas] (ai) ^ {\ frac 1 2} = a ^ {\ frac 1 2} (e ^ {i \ pi / 2}) ^ {\ frac 1 2} = \ sqrt {a} e ^ {i \ pi / 4} = \ sqrt {a} (\ cos \ frac {\ pi} {4} + i \ sin \ frac {\ pi} {4}) = \ sqrt {a} (\ sqrt {2} / 2+ i \ sqrt {2} / {2}) = \ pm (1 + i) \ sqrt {a / 2} [/ math]

Cheque:

[matemáticas] [(1 + i) \ sqrt {a / 2}] ^ 2 = (a / 2) (1 + i) ^ 2 = (a / 2) (1 + 2i + i ^ 2) = (a / 2) (2i) = ai \ \ \ \ marca de verificación [/ math]

Ahora tome [math] a 0 [/ math].

[matemáticas] (ai) ^ {\ frac 1 2} = (-ai \ cdot -1) ^ {\ frac 1 2} = (-ai \ cdot i ^ 2) ^ {\ frac 1 2} = (-ai ) ^ {\ frac 1 2} (i ^ 2) ^ {\ frac 1 2} = i (1 + i) \ sqrt {-a / 2} = (-1 + i) \ sqrt {-a / 2} = \ pm (1-i) \ sqrt {-a / 2} [/ math]

Cheque:

[matemáticas] [(1-i) \ sqrt {-a / 2}] ^ 2 = (1 – 2i + i ^ 2) (- a / 2) = ai \ \ \ marca de verificación [/ math]


Si realmente quiere el caso general, aquí hay un enlace:

La respuesta de Dean Rubine a ¿Cómo puedo convertir esta [matemática] (a + bi) ^ {c + di} [/ matemática] en forma de número complejo estándar [matemática] a + bi [/ matemática]?

Busquemos [math] \ sqrt {4 + 8i} [/ math]. Por definición, sabemos que [matemáticas] (a + ib) ^ 2 = 4 + 8i [/ matemáticas], ¿correcto?

Entonces, podemos resolver algunas cosas.

Comience expandiendo el corchete, [matemáticas] a ^ 2 + 2aib – b ^ 2 = 4 + 8i [/ matemáticas]

Al hacer coincidir los coeficientes, sabemos que [matemáticas] 2aib \ neq 4 [/ matemáticas], así que sabemos que [matemáticas] a ^ 2 – b ^ 2 = 4 [/ matemáticas] y [matemáticas] 2aib = 8i [/ matemáticas] .

Vamos a cancelar todo lo que podamos, aquí.

[matemática] 2aib = 8i [/ matemática] [matemática] \ Rightarrow aib = 4i \ Rightarrow ab = 4 [/ math]

(Olvidé dividir el RHS por 2 aquí, ¡gracias Albert Mikó!)

[matemáticas] a ^ 2 – b ^ 2 = 4 [/ matemáticas]

Ahora tiene un problema simple de ecuaciones simultáneas.

[matemáticas] a = \ frac {4} {b} [/ matemáticas],

[matemáticas] (\ frac {4} {b}) ^ 2 – b ^ 2 = 4 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {16} {b ^ 2} – b ^ 2 = 4 [/ matemáticas]

[matemáticas] 16 – b ^ 4 = 4b ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] b ^ 4 + 4b ^ 2 – 16 = 0 [/ matemáticas]

Ahora tiene [math] b [/ math], y puede sustituir su valor para encontrar [math] a [/ math], también.

No se desanime si obtiene algo como [matemáticas] a = \ pm 3 [/ matemáticas] y [matemáticas] b = \ pm 7 [/ matemáticas]. Entonces tendrás dos raíces en tu problema de ecuación

[matemáticas] \ pm 7 \ mp 4i = \ sqrt {33 – 56i} [/ matemáticas], por ejemplo.

Puede usar el teorema de De Moivre para números comlex. Pero primero debe escribir el número complejo en su forma de argumento de módulo, es decir, a + bi = z (cosx + isinx) donde z es el módulo yx es el argumento. luego aplique el teorema de De moivre a [z (cosx + isinx)] ^ 0.5 para obtener z ^ 0.5 [cos (0.5x) + isin (0.5x)]. Luego puede convertir este resultado de nuevo a la forma a + bi

Para sacar la raíz cuadrada de cualquier número complejo

Conviértelo en coordenadas polares.

Construya un número con la raíz cuadrada de la magnitud y la mitad del ángulo y tendrá la raíz cuadrada.

Entonces, para un número puramente imaginario

ai

La raíz cuadrada es

raíz (a) en un ángulo de 45 grados

Y root (-ai) es

raíz (a) en un ángulo de -45 grados

Convertir a coordenadas rectangulares si es apropiado