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Números Complexos e Equações do 2º Grau

Algumas equações, como x² + 1 = 0, não têm resposta real, porque nenhum número real elevado ao quadrado dá negativo. Então criamos um novo número i com i² = −1. Um número complexo é z = a + ib: a é a parte real e b é a parte imaginária. Somamos, subtraímos e multiplicamos números complexos como na álgebra comum, trocando i² por −1. Para dividir, multiplicamos em cima e embaixo pelo conjugado. No plano de Argand, z = a + ib é o ponto (a, b). O conjugado a − ib é o reflexo dele no eixo real, e o módulo √(a² + b²) é a distância até a origem. Toda equação ax² + bx + c = 0 com D = b² − 4ac < 0 tem duas raízes complexas, uma conjugada da outra.

🎬 História passo a passo

  1. Nenhum número real elevado ao quadrado dá resultado negativo. Então inventamos o i, com i² = −1. No 3D, a seta 1 gira um quarto de volta e vira i; mais um quarto de volta e ela vira −1.
  2. Um número complexo z = a + ib é um ponto. Ande a passos para a direita no eixo real e b passos para cima no eixo imaginário. Aqui, z = 3 + 2i.
  3. Para somar, junte as setas ponta com cauda. As partes reais se somam e as partes imaginárias também: (3 + 2i) + (1 + 3i) = 4 + 5i.
  4. Multiplicar por i gira a seta em 90°. Veja as potências: i, −1, −i, 1, e depois o ciclo se repete a cada 4 passos.
  5. O conjugado z̄ = a − ib é o reflexo no eixo real. O módulo |z| é o comprimento da seta: para 3 + 4i ele vale 5.
  6. Brincadeira livre: escolha z₁ e z₂ e some, subtraia, multiplique ou divida. Ou digite uma equação com D < 0 e veja as duas raízes complexas.

Dica: arraste a cena 3D para girar. Use dois dedos para dar zoom.

🤔 Dúvidas comuns, esclarecidas

O i é só um truque imaginário sem significado?

Não. O i é um quarto de volta. No 3D, multiplicar 1 por i gira a seta 90° até i, e girar de novo leva a −1. Isso é exatamente i² = −1.

Por que b se chama parte imaginária se é um número real?

O próprio b é real; ele só diz quanto subir no eixo imaginário. No 3D, z = 3 + 2i é 3 passos para a direita e 2 para cima.

Por que não posso dizer que um número complexo é maior que outro?

Pontos de um plano não ficam em uma única linha, então não existe ordem da esquerda para a direita. Você pode comparar as distâncias até O (os módulos), mostradas pelo anel no passo 5.

Por que somar números complexos parece somar vetores?

Porque as partes reais se somam ao longo de um eixo e as imaginárias ao longo do outro. No 3D, a seta vermelha desliza até a ponta da azul, e a seta verde é a soma.

Como achar i elevado a uma potência grande rapidamente?

Quatro quartos de volta levam você de volta ao início, então só importa o resto da divisão por 4. Veja a seta completar uma volta inteira no passo 4.

Por que as raízes complexas de uma equação do 2º grau vêm em pares?

O ± da fórmula dá p + iq e p − iq, que são reflexos no eixo real. Na brincadeira livre, resolva x² + 2x + 5 = 0 e veja as duas setas espelhadas.

Por que precisamos dos números complexos?

Eleve qualquer número real ao quadrado: 3² = 9, (−3)² = 9, 0² = 0. O resultado nunca é negativo. Por isso x² = −1, ou x² + 1 = 0, não tem solução real.

Os matemáticos resolveram isso acrescentando um número novo, chamado unidade imaginária e escrito i, com i² = −1. Assim, √(−1) = i e √(−9) = √9 · i = 3i.

Um número complexo é qualquer número z = a + ib, com a e b reais. Chamamos a de parte real, Re(z), e b de parte imaginária, Im(z). Os números reais são complexos com b = 0, então nada do que já conhecíamos se perde. Veja o passo 1 do 3D: i é um quarto de volta do 1.

Potências de i

i¹ = i, i² = −1, i³ = i²·i = −i, i⁴ = (i²)² = 1. Depois disso o padrão se repete. Para achar iⁿ, divida n por 4 e use o resto: i⁴ᵏ = 1, i⁴ᵏ⁺¹ = i, i⁴ᵏ⁺² = −1, i⁴ᵏ⁺³ = −i. Exemplo: i¹⁰² → 102 = 4 × 25 + 2, então i¹⁰² = −1.

Cuidado: √a · √b = √(ab) só vale quando a e b não são ambos negativos. Por exemplo, √(−4)·√(−9) = 2i·3i = 6i² = −6, e não √36 = 6.

Álgebra dos números complexos

Produtos notáveis como (z₁ + z₂)² = z₁² + 2z₁z₂ + z₂² continuam valendo para números complexos.

Conjugado e módulo

O conjugado de z = a + ib é z̄ = a − ib (troque o sinal da parte imaginária). O módulo é |z| = √(a² + b²). Fatos úteis: z · z̄ = |z|², |z₁z₂| = |z₁||z₂|, |z₁/z₂| = |z₁|/|z₂|, conj(z₁ + z₂) = z̄₁ + z̄₂, conj(z₁z₂) = z̄₁ z̄₂.

Não existe "maior" ou "menor" entre dois números complexos não reais: 2 + i > 1 + 3i não faz sentido. Só dá para comparar os módulos.

O plano de Argand

Desenhe dois eixos perpendiculares. O horizontal é o eixo real e o vertical é o eixo imaginário. O número z = a + ib é o ponto (a, b). Esse desenho se chama plano de Argand (ou plano complexo).

Equações do 2º grau com raízes complexas

Para ax² + bx + c = 0 (a, b, c reais), as raízes são x = (−b ± √D)/2a, com D = b² − 4ac.

Exemplo: x² + 2x + 5 = 0. D = 4 − 20 = −16, √D = 4i, x = (−2 ± 4i)/2 = −1 ± 2i. Teste na brincadeira livre.

Foco na prova

A álgebra vale cerca de 25 pontos na prova da Classe 11. Deste capítulo, espere: potências de i (1 ponto), escrever um quociente na forma a + ib (2 a 3 pontos), módulo, conjugado e inverso (2 pontos) e resolver equações do 2º grau com D < 0 (2 a 3 pontos). Dê sempre a resposta final na forma a + ib.

Fórmulas e definições principais

Exemplos resolvidos

1. Calcule i⁵⁷ e i⁻³.

57 = 4 × 14 + 1, então i⁵⁷ = i¹ = i. i⁻³ = 1/i³ = 1/(−i) = −1/i. Multiplique em cima e embaixo por i: −i/i² = −i/(−1) = i. Logo i⁻³ = i.

2. Simplifique (5 − 3i) + (−2 + 7i) e (5 − 3i) − (−2 + 7i).

Soma: parte real 5 + (−2) = 3, parte imaginária −3 + 7 = 4, então 3 + 4i. Diferença: parte real 5 − (−2) = 7, parte imaginária −3 − 7 = −10, então 7 − 10i.

3. Multiplique (2 + 3i)(4 − i).

2·4 + 2·(−i) + 3i·4 + 3i·(−i) = 8 − 2i + 12i − 3i². Troque i² por −1: 8 + 3 + 10i = 11 + 10i.

4. Encontre o módulo, o conjugado e o inverso multiplicativo de z = 3 − 4i.

|z| = √(9 + 16) = 5. z̄ = 3 + 4i. z⁻¹ = z̄/|z|² = (3 + 4i)/25 = 3/25 + (4/25)i. Conferindo: (3 − 4i)(3 + 4i)/25 = 25/25 = 1.

5. Escreva (1 + 2i)/(3 − i) na forma a + ib.

Multiplique em cima e embaixo por 3 + i. Denominador: 9 + 1 = 10. Numerador: (1 + 2i)(3 + i) = 3 + i + 6i + 2i² = 1 + 7i. Resposta: 1/10 + (7/10)i.

6. Resolva 2x² − 2x + 1 = 0.

a = 2, b = −2, c = 1. D = 4 − 8 = −4 < 0, então √D = 2i. x = (2 ± 2i)/4 = 1/2 ± (1/2)i. As raízes 1/2 + i/2 e 1/2 − i/2 são conjugadas.

7. Encontre x e y reais se (x + 2y) + i(2x − y) = 5 + 5i.

Números complexos iguais têm partes iguais: x + 2y = 5 e 2x − y = 5. Da segunda, y = 2x − 5. Então x + 4x − 10 = 5, logo x = 3 e y = 1.

8. Se (a + ib)/(c + id) = x + iy, mostre que (a² + b²)/(c² + d²) = x² + y².

Tire o módulo dos dois lados: |a + ib|/|c + id| = |x + iy|. Então √(a² + b²)/√(c² + d²) = √(x² + y²). Elevando os dois lados ao quadrado, chegamos ao resultado.

Erros comuns

Quiz de prática

1. i² é igual a:
2. O conjugado de −2 + 5i é:
3. |6 − 8i| =
4. i¹⁰³ é igual a:
5. As raízes de x² + 9 = 0 são:

Prática: responda você mesmo

Digite ou escolha sua resposta e aperte Conferir. Use a dica se travar; a solução completa aparece depois que você responder.

Perguntas frequentes

O plano de Argand faz parte do currículo de matemática da Classe 11 (CBSE 2026-27)?

Sim. O capítulo inclui a necessidade dos números complexos, suas propriedades algébricas e o plano de Argand. A forma polar não está no currículo atual, por isso esta aula foca na forma a + ib, no módulo e no conjugado.

Qual é o valor da unidade imaginária i?

A unidade imaginária (i) é o número cujo quadrado é −1, ou seja, i = √(−1). Ela não é um número real, e suas potências se repetem: i, −1, −i, 1.

Como dividir dois números complexos?

Multiplique o numerador e o denominador pelo conjugado do denominador. O denominador vira o número real c² + d², e então você separa o resultado na forma a + ib.

Onde isso é ensinado

ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªArithmetic and algebra
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªArithmetic and algebra
NetherlandsVWO 6 (eindexamenjaar)Complex numbers
RomaniaClasa a X-aSets of numbers
RomaniaClasa a X-aSets of numbers
Spain1º BachilleratoNumber Sense
Ukraine11 класAlgebra: complex numbers and polynomials (34 h)
CBSE (India)Class 11Algebra
England (GCSE, A level)Year 12B Complex numbers (part 1)
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Extending the number system
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Polynomial, rational and radical relationships
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Polynomial, rational and radical relationships
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Complex numbers
Japan高校2年Various expressions
Japan高校3年Curves and the complex plane
South Korea고등학교 1학년Equations and inequalities
FrancePremièreMathematics
FranceTerminaleComplex numbers
FranceTerminaleMathematics
Russia11 классNumbers and calculations
China高一Ch.7 Complex numbers

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