Newcastle University

Gå til hovedmenuGå til søgning

Klik her for at få et eksempel på det nye Academic Skills Kit (som snart lanceres) og give din feedback.

Modul og argument

Argand-diagrammet

Definition

Et Argand-diagram har en vandret akse, kaldet realaksen, og en lodret akse, kaldet imaginæraksen.

Et komplekst tal $z = a + bi$ plottes ved koordinaterne $(a,b)$, da $a$ er realdelen af det komplekse tal, og $b$ er imaginærdelen.

|center

Arbejdet eksempel
Eksempel 1

Plottér følgende komplekse tal på et Argand-diagram.

\begin{align} z_1 &= 3+i \\ z_2 &= -2-4i \\ z_3 &=-1+3i \\ z_4 &= -2i \end{align}

Løsning

Modul og argument

Definition

Alle komplekse tal $z$ kan repræsenteres ved et punkt på et Argand-diagram. Vi kan forbinde dette punkt med oprindelsen med et linjestykke. Længden af linjestykket kaldes modulus af det komplekse tal og betegnes $\lvert z \rvert$. Den vinkel, der måles fra den positive reelle akse til linjestykket, kaldes det komplekse tals argument, betegnes $arg(z)$ og betegnes ofte $\theta$. Modulet og argumentet kan beregnes ved hjælp af trigonometri.

|center

Modulet for et komplekst tal $z = a + b i$ er \

Når man beregner argumentet for et komplekst tal, skal man vælge mellem at tage værdier i intervallet $$ eller intervallet $$. Begge er ækvivalente og lige gyldige. På denne side vil vi bruge konventionen $-\pi \lt \theta \lt \pi$.

Den “naive” måde at beregne vinklen til et punkt $(a,b)$ på er at bruge $\arctan(\frac{b}{a})$, men da $\arctan$ kun tager værdier i intervallet $$$, vil dette give det forkerte resultat for koordinater med negativ $x$-komponent. Det kan man rette op på ved at lægge $\pi$ til eller trække $\pi$ fra, alt efter hvilken kvadrant af Argand-diagrammet punktet ligger i.

  • Første kvadrant: $\theta = \arctan \left(\dfrac{b}{a}{right}\right)$.
  • Tidste kvadrant: $\theta = \arctan \left(\dfrac{b}{a}{a}\right) + \pi$.
  • Tredje kvadrant: $\theta = \arctan \left(\dfrac{b}{a}{a}\right) -\pi$.
  • Fjerde kvadrant: $\theta = \arctan \left(\dfrac{b}{a}\right)$.

Det er en god idé at tegne et Argand-diagram af det komplekse tal, når man skal tage stilling til, hvilken formel man skal bruge.

OBS: man skal være opmærksom på at passe på det tilfælde, hvor $a=0$, dvs. det komplekse tal ikke har nogen realdel. I dette tilfælde virker $\arctan$-metoden ikke, men argumentet er enten $\frac{\pi}{2}$ eller $-\frac{\pi}{2}$ for tal med henholdsvis positiv og negativ imaginærdel.

Eksempel

$z_1=1+i$ har argumentet \

Den samme beregning for $z_2=-1-i$ giver imidlertid $\arctan \left(\frac{-1}{-1}{-1}\right) = \arctan (1) = \dfrac{\pi}{4}$, altså det samme tal!

Hvis vi tegner $z_2$ på et Argand-diagram, kan vi se, at det falder i den tredje kvadrant, så argumentet skal ligge mellem $-\frac{\pi}{2}$ og $-\pi$. Vi skal trække $\pi$ fra for at korrigere dette og får derfor $\arg z_2 = -\dfrac{3\pi}{4}$$.

Arbejdseksempler

Eksempel 1

Find modulus og argument for det komplekse tal $z = 3+2i$.

Løsning

|center

\begin{align} \lvert z \rvert &= \sqrt{3^2+2^2}\\\ &=\sqrt{9+4}\\\ &=\sqrt{13} \end{align}

Da det komplekse tal ligger i den første kvadrant af Argand-diagrammet, kan vi bruge $\arctan \frac{2}{3}$ uden ændring for at finde argumentet.

\begin{align} \arg z &= \arctan \left(\frac{2}{3}\right) \\ &=0,59 \text{ radianer (til 2 d.p.)} \end{align}

Eksempel 2

Find modulet og argumentet for det komplekse tal $z=4i$.

Løsning

|center

\begin{align} \lvert z \rvert &= \sqrt{0^2+4^2}\\\ &=\sqrt{16}\\ &=4 \end{align}

Den enkleste måde at finde argumentet på er ved at se på et Argand-diagram og plotte punktet $(0,4)$. Punktet ligger på den positive lodrette akse, så \

Eksempel 3

Find modulet og argumentet for det komplekse tal $z = -2+5i$.

Løsning

|center

\begin{align} \lvert z \rvert &= \sqrt{(-2)^2+5^2}\\\ &=\sqrt{4+25}\\ &=\sqrt{29} \end{align}

Da $z$ ligger i anden kvadrant af Argand-diagrammet, skal vi tilføje $\pi$ til det resultat, der er opnået ved $\arctan \left(\frac{5}{-2}{-2}\right)$.

\begin{align} \arg z &= \arctan \left(\frac{5}{-2}\right) + \pi \\\ &=-1,19 + \pi \\\\ &= 1,95 \text{ radianer (til 2 d.p.)} \end{align}

Eksempel 4

Find modulet og argumentet for det komplekse tal $z = -4-3i$.

Løsning

|center

\begin{align} \lvert z \rvert &= \sqrt{(-4)^2+(-3)^2}\\\ &=\sqrt{16+9}\\\ &=\sqrt{25}\\ &=5 \end{align}

Da $z$ ligger i den tredje kvadrant af Argand-diagrammet, skal vi subtrahere $\pi$ fra resultatet af $\arctan \left(\frac{-3}{-4}\right)$.

\begin{align} \arg z &= \arctan \left(\frac{-3}{-4}\right) – \pi\\\\ &= \arctan \left(\frac{3}{4}{4}\right) – \pi\\\\ &= 0,64 – \pi \\\\ &= -2,50 \text{ radianer (til 2 d.p.)} \end{align}

Note: Alternativt kunne svaret have været givet i intervallet $0 \lt \theta \lt 2\pi$, hvor vi ville have tilføjet $\pi$, i stedet for at trække det fra, og fået et svar på $\arg z = 3,67$ radianer (til 2 d.p.)

Eksempel 5

Find modulet og argumentet for det komplekse tal $z = 1-4i$.

Løsning

|center

\begin{align} \lvert z \rvert &= \sqrt{1^2+(-4)^2}\\\ &=\sqrt{1+16}\\ &=\sqrt{17} \end{align}

Da $z$ ligger i Argand-diagrammets fjerde kvadrant, behøver vi ikke at ændre resultatet af $\arctan \left(\frac{-4}{1}{1}\right)$ for at finde argumentet.

\begin{align} \arg z &= \arctan \left(\frac{-4}{1}\right)\\ &= \arctan \left(-4\right) \\ &= -1.33 \text{ radianer (til 2 d.p.)} \end{align}

Videoeksempel

Prof. Robin Johnson tegner de komplekse tal $z=-1-i$ og $z=-4+3i$ på et Argand-diagram og finder deres modulus og argument.

Arbejdsbog

Denne arbejdsbog produceret af HELM er en god repetitionshjælp, der indeholder nøglepunkter til repetition og mange arbejdseksempler.

  • Argand-diagrammer og polarform

Test Yourself

Test dig selv: Numbas test om at finde modulet og argumentet

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.