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द मुआवर प्रमेय और इकाई के मूल

सम्मिश्र संख्या को उसकी लंबाई r और कोण θ से लिख सकते हैं: z = r(cos θ + i sin θ) = re^{iθ}। गुणा करने पर लंबाइयाँ गुणा होती हैं और कोण जुड़ते हैं। इसलिए zⁿ = rⁿ(cos nθ + i sin nθ) — यही द मुआवर प्रमेय है। इससे घात जल्दी निकलती है, cos nθ और sin nθ के सूत्र मिलते हैं, और किसी भी संख्या के n मूल मिलते हैं। 1 के n मूल इकाई वृत्त पर बराबर दूरी पर, सम बहुभुज के कोनों पर बैठते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. हर सम्मिश्र संख्या एक समतल नक्शे पर एक बिंदु है। बताओ वह कितनी दूर है (r) और किस दिशा में है (θ)।
  2. जब r = 1 हो, बिंदु त्रिज्या 1 वाले वृत्त पर होता है। यही बिंदु है e^{iθ} = cos θ + i sin θ।
  3. दो सम्मिश्र संख्याओं का गुणा: लंबाइयाँ गुणा होती हैं, कोण जुड़ते हैं। नारंगी तीर देखो।
  4. बार-बार गुणा करो: z, z², z³ … हर बार θ और घूमता है। यही द मुआवर प्रमेय है।
  5. उल्टा सोचो: zⁿ = 1 के n मूल वृत्त पर बराबर दूरी पर बैठते हैं और सम बहुभुज बनाते हैं।
  6. खुद करके देखो: r, θ और n बदलो। पहले अंदाज़ा लगाओ zⁿ कहाँ जाएगा, फिर जाँचो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

गुणा करने पर कोण क्यों जुड़ते हैं?

क्योंकि re^{iθ} में e की घात है, और गुणा में घातें जुड़ती हैं। 3D में नारंगी तीर का कोण 30° + θ है।

e^{iθ} कहाँ से आया? अजीब लगता है।

यह त्रिज्या 1 वाले वृत्त पर कोण θ वाले बिंदु का छोटा नाम है। उसका x = cos θ, y = sin θ। 3D में θ बदलो, बिंदु घूमेगा।

zⁿ = 1 के n उत्तर क्यों, सिर्फ़ 1 क्यों नहीं?

360°, 720°, … सब कोण वापस 1 पर लाते हैं। इन्हें n से बाँटने पर n अलग कोण मिलते हैं। 3D में n बैंगनी बिंदु एक-एक कर आते हैं।

क्या द मुआवर ऋणात्मक घात पर भी चलता है?

हाँ। z⁻¹ की लंबाई 1/r और कोण −θ है, इसलिए z⁻ⁿ = r⁻ⁿe^{−inθ}।

r > 1 हो तो घातें बाहर की ओर सर्पिल क्यों बनाती हैं?

हर घात लंबाई को फिर r से गुणा करती है, और कोण में θ जुड़ता रहता है। r < 1 रखकर देखो: सर्पिल अंदर जाता है।

कोणांक बिना गलती कैसे निकालें?

पहले बिंदु बनाकर चतुर्थांश देखो, फिर संदर्भ कोण tan⁻¹|y/x| लो। 3D का तीर असली दिशा दिखाता है।

ध्रुवीय (मापांक-कोणांक) रूप

सम्मिश्र संख्या z = x + iy को आर्गंड तल पर बिंदु (x, y) की तरह दिखाते हैं (दाएँ = वास्तविक भाग, ऊपर = काल्पनिक भाग)।

तब x = r cos θ, y = r sin θ, इसलिए z = r(cos θ + i sin θ)।

चतुर्थांश का ध्यान रखो: z = −1 − i के लिए tan θ = 1, पर बिंदु तीसरे चतुर्थांश में है, तो θ = −3π/4 है, π/4 नहीं।

घातांकी (ऑयलर) रूप

ऑयलर का सूत्र: e^{iθ} = cos θ + i sin θ। इसलिए हर सम्मिश्र संख्या z = re^{iθ} है।

इस रूप में नियम आसान हो जाते हैं, क्योंकि e की घातें गुणा में जुड़ती हैं: e^{iα}·e^{iβ} = e^{i(α+β)}।

ध्रुवीय रूप में गुणा और भाग

अगर z₁ = r₁e^{iα} और z₂ = r₂e^{iβ}:

इसलिए i से गुणा करना (लंबाई 1, कोण 90°) बिंदु को बस 90° वामावर्त घुमाना है।

द मुआवर प्रमेय

[r(cos θ + i sin θ)]ⁿ = rⁿ(cos nθ + i sin nθ), हर पूर्णांक n के लिए।

क्यों? z को n बार खुद से गुणा करने पर r, n बार गुणा होता है और θ, n बार जुड़ता है। धनात्मक n के लिए गणितीय आगमन से, ऋणात्मक n के लिए 1/z = r⁻¹e^{−iθ} से सिद्ध होता है।

उपयोग 1: जल्दी घात

(1 + i)¹⁰: r = √2, θ = π/4। तो (√2)¹⁰ e^{i·10π/4} = 32 e^{iπ/2} = 32i।

उपयोग 2: बहु-कोण सूत्र

(cos θ + i sin θ)³ को द्विपद प्रमेय से फैलाओ और cos 3θ + i sin 3θ से मिलाओ। वास्तविक भाग: cos 3θ = 4cos³θ − 3cos θ। काल्पनिक भाग: sin 3θ = 3sin θ − 4sin³θ।

उपयोग 3: cos θ की घातें

z = e^{iθ} लो: z + 1/z = 2cos θ और zⁿ + 1/zⁿ = 2cos nθ। इससे cos³θ = (cos 3θ + 3cos θ)/4 मिलता है — समाकलन में काम आता है।

n-वें मूल और इकाई के मूल

zⁿ = w हल करने के लिए (w = Re^{iφ}): लंबाई R^{1/n} होगी, और nθ = φ + कोई भी पूरा चक्कर।

z = R^{1/n} e^{i(φ + 2πk)/n}, k = 0, 1, …, n − 1। ठीक n अलग मूल।

बहुपदों के सम्मिश्र मूल

बीजगणित का मूल प्रमेय: घात n के बहुपद के ठीक n सम्मिश्र मूल होते हैं (दोहराव गिनकर)।

करके देखो

आख़िरी स्टेप में n = 6 रखो और n मूल चुनो। पहले अंदाज़ा: कौन-सी आकृति, पड़ोसियों में कितना कोण? फिर θ = 60°, r = 1 रखकर घात zⁿ चुनो: z⁶ कहाँ गया? (उत्तर: षट्भुज, 60°, z⁶ = 1।) घर पर: एक वृत्त बनाओ, चाँदे से 72° के अंतर पर 5 बिंदु लगाओ — ये इकाई के पाँचवें मूल हैं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. z = 1 + √3 i को ध्रुवीय और घातांकी रूप में लिखो।

r = √(1 + 3) = 2। tan θ = √3, पहला चतुर्थांश, θ = π/3। z = 2(cos π/3 + i sin π/3) = 2e^{iπ/3}।

2. (1 + √3 i)⁶ निकालो।

z = 2e^{iπ/3}। z⁶ = 2⁶ e^{2πi} = 64 × 1 = 64।

3. (1 − i)⁻⁴ निकालो।

r = √2, θ = −π/4। z⁻⁴ = (√2)⁻⁴ e^{iπ} = (1/4)(−1) = −1/4।

4. द मुआवर से दिखाओ: cos 2θ = cos²θ − sin²θ, sin 2θ = 2 sin θ cos θ।

(c + is)² = c² − s² + 2ics। यह cos 2θ + i sin 2θ के बराबर है। वास्तविक भाग: cos 2θ = c² − s²; काल्पनिक भाग: sin 2θ = 2sc।

5. z³ = 1 हल करो और मूल दिखाओ।

z = e^{2πik/3}, k = 0, 1, 2: 1, −½ + (√3/2)i, −½ − (√3/2)i। ये इकाई वृत्त पर समबाहु त्रिभुज के कोने हैं, 120° के अंतर पर।

6. z⁴ = −16 हल करो।

−16 = 16e^{iπ}। लंबाई 16^{1/4} = 2। कोण (π + 2πk)/4 = π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4। मूल: √2 + √2 i, −√2 + √2 i, −√2 − √2 i, √2 − √2 i (त्रिज्या 2 का वर्ग)।

7. दिखाओ cos³θ = ¼(cos 3θ + 3cos θ)।

z = e^{iθ}, z + 1/z = 2cos θ। (z + 1/z)³ = (z³ + 1/z³) + 3(z + 1/z) = 2cos 3θ + 6cos θ। तो 8cos³θ = 2cos 3θ + 6cos θ।

8. एक वास्तविक त्रिघात बहुपद के मूल 2 और 1 + 2i हैं। बहुपद बताओ (मुख्य गुणांक 1)।

1 − 2i भी मूल है। जोड़े से x² − 2x + 5। बहुपद = (x − 2)(x² − 2x + 5) = x³ − 4x² + 9x − 10।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. z = 3e^{iπ/2} को x + iy रूप में लिखो।
2. दो सम्मिश्र संख्याओं के गुणा में उनके कोणांक…
3. (cos 20° + i sin 20°)⁹ =
4. 32 के कितने अलग पाँचवें मूल हैं?
5. ω इकाई का अवास्तविक घनमूल हो, तो 1 + ω + ω² =

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

द मुआवर प्रमेय क्या है?

हर पूर्णांक n के लिए (cos θ + i sin θ)ⁿ = cos nθ + i sin nθ। लंबाई r के साथ: [r(cos θ + i sin θ)]ⁿ = rⁿ(cos nθ + i sin nθ)।

इकाई के n-वें मूल क्या हैं?

zⁿ = 1 के n हल: e^{2πik/n}, k = 0 से n − 1। ये इकाई वृत्त पर सम n-भुज के कोनों पर हैं और इनका योग शून्य है।

सम्मिश्र संख्या का घातांकी रूप क्या है?

z = re^{iθ}, जहाँ r मापांक और θ कोणांक है। यह ऑयलर सूत्र e^{iθ} = cos θ + i sin θ से आता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

इंग्लैंडYear 13B Complex numbers (part 2)
अमेरिकाGrade 12Complex numbers
चीन高一Ch.7 Complex numbers

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