Diferencia entre revisiones de «Compleja:z-ej-cap2.3»
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Línea 1: | Línea 1: | ||
==La función exponencial y el logaritmo complejo== | ==La función exponencial y el logaritmo complejo== | ||
'''2.24 Para la recta horizontal <math>\mathcal{L}=\left\{ z\epsilon\mathbb{C}:Im(z)=b\right\} </math>, demuestre que su imagen bajo la exponencial compleja <math>exp:\mathbb{C}\rightarrow\mathbb{C}-\left\{ 0\right\} </math> es un rayo basado en el origen quitando el cero.''': | |||
'''Procedimiento''' | |||
Sea <math>z=a+ib</math> y <math>w=u+iv</math> | |||
Aplicando la exponencial compleja a z nos queda: | |||
<math>e^{z}=e^{a}(\cos b+i\sin b)</math> | |||
para hacer el mapeo igualamos: <math>w=e^{z} </math> | |||
por lo que las componentes u,v nos quedan: | |||
<math>u=e^{a}\cos\left(b\right) </math>: | |||
<math>v=e^{a}\sin\left(b\right)</math> | |||
dividimos la segunda entre la primera ecuación: | |||
<math>\frac{u}{v}=\frac{e^{a}\cos\left(b\right)}{e^{a}\sin\left(b\right)} </math>: | |||
<math>\frac{u}{v}=\tan(b)</math>: | |||
<math>u=v\tan(b)</math> | |||
como <math>b=cte </math> nos queda una recta con pendiente <math>tan(b)</math> | |||
Nota: no toca al cero pues la exponencial solo tocaría el cero cuando "a" fuera igual a infinito(hipotéticamente). | |||
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Realizado por: [[Usuario:Ignacio Peralta Martínez|Ignacio Peralta Martínez]] ([[Usuario discusión:Ignacio Peralta Martínez|discusión]]) 23:11 3 dic 2012 (CST) | |||
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'''2.25 Para la recta vertical <math>\mathcal{L}=\left\{ z\epsilon\mathbb{C}:Re(z)=a\right\} </math>, demuestre que su imagen bajo la exponencial compleja <math>exp:\mathbb{C}\rightarrow\mathbb{C}-\left\{ 0\right\} </math> es un circulo con centro en el origen y radio <math>e^{2a}</math>''' | |||
'''Procedimiento''' | |||
Hacemos los primeros pasos del ejercicio anterior: | |||
Sea <math>z=a+ib</math> y <math>w=u+iv</math> | |||
aplicando la exponencial compleja a z nos queda: | |||
<math>e^{z}=e^{a}(\cos b+i\sin b)</math> | |||
para hacer el mapeo igualamos: <math>w=e^{z} </math> | |||
por lo que las componentes u,v nos quedan: | |||
<math>u=e^{a}\cos\left(b\right) </math>: | |||
<math>v=e^{a}\sin\left(b\right)</math> | |||
pero ahora en vez de dividir, elevamos al cuadrado y sumamos los lados izquierdos y derechos: | |||
<math>u^{2}+v^{2}=e^{2a} </math> | |||
como <math>a=cte </math> es la ecuación de un circulo de radio <math>e^{a}</math>. | |||
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Realizado por: [[Usuario:Ignacio Peralta Martínez|Ignacio Peralta Martínez]] ([[Usuario discusión:Ignacio Peralta Martínez|discusión]]) 23:11 3 dic 2012 (CST) | |||
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2.26. Demuestre las identidades siguientes: | |||
1. <math>sen(-z) = -sen z.</math> | |||
2. <math>cos(-z) = cos z.</math> | |||
3. <math>sen^2z+cos^2z = 1.</math> | |||
4. <math>sen(w+z) = senwcosz+ senzcosw.</math> | |||
5. <math>cos(w+z) = coswcosz +senwsenz.</math> | |||
6. <math>sen(2z) = 2sen zcos z.</math> | |||
1) <math>sen(-z) = -sen z.</math> | |||
'''Solución:''' | |||
Sabemos que <math>senz= \frac{z^{iz}-e^{-iz}}{2i}</math> entonces | |||
<math>Sen{-z}= \frac{e^{-iz}-e^{iz}}{2i} = - \frac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i} = -sen(z)</math> | |||
2.- <math>cos(-z)=cos(z)</math> | |||
'''Solución:''' | |||
Como <math>cos(z) = \frac{e^{iz}+e^{-iz}}{2}</math>, entonces | |||
<math>Cos(-z)= \frac{e^{-iz}+e^{iz}}{2} = coz(z)</math> | |||
3.- <math>sen^2z+cos^2z = 1.</math> | |||
'''Solución:''' | |||
<math>Sen^2z+cos^2z = (\frac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i})^2 + (\frac{e^{iz}+e^{-iz}}{2})^2 = \frac{e^{2iz}-2e^{iz}e^{-iz}+e^{-2iz}}{-4}+</math> <math>\frac{e^{2iz}+2e^{iz}e^{-iz}+e^{-2iz}}{4}</math> | |||
Eliminando y reagrupando, se obtiene | |||
<math>\frac{4e^{iz}e^{-iz}}{4} = \frac{e^{iz}}{e^{-iz}} = 1</math> | |||
Por lo tanto se comprueba que <math>sen^2z+cos^2z = 1.</math> | |||
4.- <math>sen(w+z) = senwcosz+senzcosw</math> | |||
'''Solución:''' | |||
<math>senwcosz+senzcosw= \frac{e^{iw}-e^{-iw}}{2i} \frac{e^{iz}+e^{-iz}}{2i} + \frac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i} \frac{e^{iw}-e^{-iw}}{2}</math> | |||
Desarrollando: | |||
<math> =\frac{e^{i(z+w)}-e^{-i(w-z)}+e^{i(w-z)}-e^{-i(z+w)}}{4i} + \frac{e^{i(z+w)}-e^{-i(z-w)}+e^{-i(z-w)}-e^{-i(z+w)}}{4i}</math> | |||
Eliminando términos, queda; | |||
<math>= \frac{2e^{i(z+w)}-2e^{-i(z+w)}}{2i} = sen(z+w)</math> | |||
5.- <math>cos(w+z) = coswcosz-senwsenz</math> | |||
'''Solución:''' | |||
<math>coswcosz-senwsenz = \frac{e^{iw}+e^{-iw}}{2} \frac{e^{iz}+e^{-iz}}{2} + \frac{e^{iw}-e^{-iw}}{2i} \frac{e^{iw}-e^{-iw}}{2i} | |||
</math> | |||
Desarrollando: | |||
<math>= \frac{e^{i(w+z)}+e^{-i(w-z)}+e^{i(w-z)}+e^{-i(z+w)}}{4i} + \frac{e^{i(z+w)}-e^{-i(z-w)}-e^{-i(w-z)}-e^{-i(z+w)}}{4i}</math> | |||
Eliminando términos, queda; | |||
<math>= \frac{2e^{(z+w)}-2e^{-i(z+w)}}{4i} = \frac{e^{(z+w)}-e^{-i(w+z)}}{2} = sen(z+w)</math> | |||
6.- <math>sen(2z)= 2senzcosz</math> | |||
'''Solución:''' | |||
<math>2senz2cosz = 2(\frac{e^{iz}-e^{-iz}}{2i} \frac{e^{iz}+e^{-iz}}{2})</math> | |||
Desarrollando <math>= \frac{e^{i(z+z)}-e^{-i(z-z)}+e^{-i(z-z)}-e^{-i(z+z)}}{2i} = \frac{e^{i(2z)}-e^{-i(2z)}}{2i} = sen(2z)</math> | |||
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Realizado por: [[Usuario:Jean Carlo Cruz Venegas|Jean Carlo Cruz Venegas]] ([[Usuario discusión:Jean Carlo Cruz Venegas|discusión]]) 11:49 4 dic 2012 (CST) | |||
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'''2.27''' Demuestre que los ceros de las funciones seno y coseno complejas son los mismos que los de las funciones reales correspondientes. | '''2.27''' Demuestre que los ceros de las funciones seno y coseno complejas son los mismos que los de las funciones reales correspondientes. | ||
'''Función Seno''' | |||
Para la función seno tenemos | Para la función seno tenemos | ||
Si <math>sen(z)=\frac{1}{2i}(e^{iz}-e^{-iz})=0</math>, entonces <math>e^{iz}=e^{-iz}</math>, como <math>z\in\mathbb{C}, z=a+bI, a,b\in\mathbb{R}</math>, asi | Si | ||
<math>\sin sen(z)=\frac{1}{2i}(e^{iz}-e^{-iz})=0</math>, entonces <math>e^{iz}=e^{-iz}</math>, como <math>z\in\mathbb{C}, z=a+bI, a,b\in\mathbb{R}</math>, asi | |||
<math>e^{ai-b}=e^{-ai+b}\Longrightarrow e^{-b}e^{ai}=e^be^{-ai}\Longrightarrow e^{-b}\big(cos(a)+isen(a)\big)=e^b\big(cos(a)-isen(a)\big)</math> | <math>e^{ai-b}=e^{-ai+b}\Longrightarrow e^{-b}e^{ai}=e^be^{-ai}\Longrightarrow e^{-b}\big(cos(a)+isen(a)\big)=e^b\big(cos(a)-isen(a)\big)</math> | ||
Línea 15: | Línea 167: | ||
<math>e^{-b}sen(a)=-e^bsen(a)\Longrightarrow (e^{-b}+e^b)sen(a)=0\cdots\cdots\cdots\cdots</math> '''(1)''' | <math>e^{-b}sen(a)=-e^bsen(a)\Longrightarrow (e^{-b}+e^b)sen(a)=0\cdots\cdots\cdots\cdots</math> '''(1)''' | ||
<math>e^{-b}cos(a)=e^bcos(a)\Longrightarrow(e^{-b}-e^b)cos(a)=0\cdots\cdots\cdots\cdots</math> '''(2)''' | <math>e^{-b}\cos(a)=e^bcos(a)\Longrightarrow(e^{-b}-e^b)cos(a)=0\cdots\cdots\cdots\cdots</math> '''(2)''' | ||
De '''(1)''' se observa que <math>e^{-b}+e^b\not=0</math>, por lo que necesariamente <math>sen(a)=0\Longrightarrow a=0</math>, sustituyendo <math>a</math> en '''(2)''' se tiene que | De '''(1)''' se observa que <math>e^{-b}+e^b\not=0</math>, por lo que necesariamente <math>sen(a)=0\Longrightarrow a=arcsen (0)\Longrightarrow a=2k\pi</math>, con <math>k\in\mathbb{Z}</math> sustituyendo <math>a</math> en '''(2)''' se tiene que | ||
<math>e^{-b}-e^b=0\Longrightarrow e^{-b}=e^b\Longrightarrow Ln(e^{-b})=Ln(e^b)\Longrightarrow -b=b\Longrightarrow b=0\Longrightarrow z= | <math>e^{-b}-e^b=0\Longrightarrow e^{-b}=e^b\Longrightarrow Ln(e^{-b})=Ln(e^b)\Longrightarrow -b=b\Longrightarrow b=0\Longrightarrow z=2k\pi</math> | ||
'''Función Coseno''' | |||
Para la función coseno tenemos | Para la función coseno tenemos | ||
Línea 34: | Línea 187: | ||
<math>e^{-b}cos(a)=-e^bcos(a)\Longrightarrow(e^{-b}+e^b)cos(a)=0\cdots\cdots\cdots\cdots</math> '''(4)''' | <math>e^{-b}cos(a)=-e^bcos(a)\Longrightarrow(e^{-b}+e^b)cos(a)=0\cdots\cdots\cdots\cdots</math> '''(4)''' | ||
De '''(4)''' se observa que <math>e^{-b}+e^b\not=0</math>, por lo que necesariamente <math>cos(a)=0\Longrightarrow a=\frac{\pi}{2}</math>, sustituyendo <math>a</math> en '''(3)''' se tiene que | De '''(4)''' se observa que <math>e^{-b}+e^b\not=0</math>, por lo que necesariamente <math>cos(a)=0\Longrightarrow a=arccos(0)\Longrightarrow a=\frac{\pi}{2}+2k\pi</math>, sustituyendo <math>a</math> en '''(3)''' se tiene que | ||
<math>e^{-b}-e^b=0\Longrightarrow e^{-b}=e^b\Longrightarrow Ln(e^{-b})=Ln(e^b)\Longrightarrow -b=b\Longrightarrow b=0\Longrightarrow z=\frac{\pi}{2}</math> | <math>e^{-b}-e^b=0\Longrightarrow e^{-b}=e^b\Longrightarrow Ln(e^{-b})=Ln(e^b)\Longrightarrow -b=b\Longrightarrow b=0\Longrightarrow z=\frac{\pi}{2}</math> | ||
Línea 40: | Línea 193: | ||
Por lo tanto, el cero de las fuciones seno y coseno complejas son las mismas que el de las funciónes reales correspondientes. | Por lo tanto, el cero de las fuciones seno y coseno complejas son las mismas que el de las funciónes reales correspondientes. | ||
--[[Usuario:Sabino|Pérez Córdoba Sabino]] ([[Usuario discusión:Sabino|discusión]]) 15:47 28 nov 2012 (CST) | ---- | ||
Realizado por: [[Usuario:Sabino|Pérez Córdoba Sabino]] ([[Usuario discusión:Sabino|discusión]]) 15:47 28 nov 2012 (CST) | |||
---- | |||
'''2.28''' Concluya del ejercicio anterior que las funciones complejas <math>sen(z)</math> y <math>cos(z)</math>, son periódicas con periodos reales de la forma <math>\tau=2k\pi</math> con <math>k\in\mathbb{Z}</math>. Es decir,sus dominios de periocidad son banda verticales de ancho <math>2\pi</math>. | '''2.28''' Concluya del ejercicio anterior que las funciones complejas <math>sen(z)</math> y <math>cos(z)</math>, son periódicas con periodos reales de la forma <math>\tau=2k\pi</math> con <math>k\in\mathbb{Z}</math>. Es decir,sus dominios de periocidad son banda verticales de ancho <math>2\pi</math>. | ||
'''Conclusión''' | |||
Del ejercicio anterior, se concluyó, para la función seno, que si <math>sen(z)=0</math>, con <math>z=a+bi</math>, entonces <math>sen(a)=0</math> & <math>b=0</math>, de donde <math>a=arcsen(0)=2k\pi,k\in\mathbb{Z}</math>, es decir, | |||
<math>z</math> es puramente real, de la forma <math>z=2k\pi</math>, cuyo ancho de banda es <math>2\pi</math>. | <math>z</math> es puramente real, de la forma <math>z=2k\pi</math>, cuyo ancho de banda es <math>2\pi</math>. | ||
Línea 52: | Línea 208: | ||
Para el caso del coseno, se concluyó que si <math>cos(a)=0</math>, entonces <math>a=arccos(0)=\frac{\pi}{2}+2k\pi</math> & <math>b=0</math>, nuevamente <math>z</math> es puramente real, de la forma <math>z=\frac{\pi}{2}+2k\pi</math>. cuyo ancho de banda es <math>2\pi</math> | Para el caso del coseno, se concluyó que si <math>cos(a)=0</math>, entonces <math>a=arccos(0)=\frac{\pi}{2}+2k\pi</math> & <math>b=0</math>, nuevamente <math>z</math> es puramente real, de la forma <math>z=\frac{\pi}{2}+2k\pi</math>. cuyo ancho de banda es <math>2\pi</math> | ||
--[[Usuario:Sabino|Pérez Córdoba Sabino]] ([[Usuario discusión:Sabino|discusión]]) 16:06 28 nov 2012 (CST) | ---- | ||
Realizado por: [[Usuario:Sabino|Pérez Córdoba Sabino]] ([[Usuario discusión:Sabino|discusión]]) 16:06 28 nov 2012 (CST) | |||
---- | |||
'''2.29 Se definen las otras funciones trigonométricas complejas, en términos del seno y coseno complejos, como es usual: ''' | |||
<math>tan\left(\mathcal{z}\right)=\frac{sen\left(z\right)}{cos\left(z\right)}</math> | |||
<math>sec\left(z\right)=\frac{1}{cos\left(z\right)},</math> | |||
<math>cot\left(\mathcal{z}\right)=\frac{cos\left(z\right)}{sen\left(z\right)}</math> | |||
<math>sec\left(z\right)=\frac{1}{sen\left(z\right)}.</math> | |||
'''Comportamiento de las Funciones''' | |||
'''Encuentre sus dominios y muestre que son holomorfas en su dominio y sus derivadas son las esperadas.''' | |||
''El dominio del primer par de funciones es todo <math>\mathcal{z}\notin\{\frac{\pi}{2} + k\pi\},</math>'' | |||
''El dominio del segundo par de funciones es todo <math>\mathcal{z}\notin\{ k\pi\}.</math>'' | |||
''Donde <math>K\in \mathbb{N}.</math>'' | |||
''Para mostrar que son holomorfas en su dominio, basta demostrar las ecuaciones de Cauchy-Riemann. osea, que son diferenciables en su dominio, lo cual nos genera un intervalo abierto en el cual es diferenciable.'' | |||
<math>\mathcal{U}_x=\mathcal{V}_y</math> ''y'' <math>\mathcal{U}_y=-\mathcal{V}_x.</math> | |||
''sabemos <math>Tan\left(\mathcal{Z}\right)=Tan\left(\mathcal{x} + i\mathcal{y}\right)=\frac{Sin\left(2\mathcal{x}\right)}{Cos\left(2\mathcal{x}\right)+ Cosh\left(2\mathcal{y})\right)} + \frac{iSinh\left(2\mathcal{y}\right)}{Cos\left(2\mathcal{x}\right)+ Cosh\left(2\mathcal{y})\right)}.</math>'' | |||
''Entonces tenemos que la parte real;'' | |||
<math>\mathcal{U}\left(x,y\right)=\frac{Sen\left(2\mathcal{x}\right)}{Cos\left(2\mathcal{x}\right)+ Cosh\left(2\mathcal{y})\right)}, </math> | |||
''y la parte imaginaria es ;'' | |||
<math>\mathcal{V}\left(x,y\right)=\frac{iSenh\left(2\mathcal{y}\right)}{Cos\left(2\mathcal{x}\right)+ Cosh\left(2\mathcal{y})\right)}.</math> | |||
''Comprobemos las ecucuaciones de Cauchy-Riemann.'' | |||
<math>\mathcal{U}_x=\frac{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]2cos\left(2\mathcal{x}\right)- sen\left(2\mathcal{x}\right)\left(-2sen\left(2\mathcal{x}\right)\right)}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2}=\frac{2+2cos\left(2\mathcal{x}\right) \left( cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right)}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2}.</math> | |||
<math>\mathcal{V}_y =\frac{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]2cosh\left(2\mathcal{y}\right)- senh\left(2\mathcal{y}\right)\left(-2senh\left(2\mathcal{y}\right)\right)}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2}=\frac{2+2cos\left(2\mathcal{x}\right) \left( cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right)}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2}.</math> | |||
''De manera similar obtenemos;'' | |||
<math>\mathcal{U}_y = \frac{-sin\left(2\mathcal{x}\right)\left[2senh\left(2\mathcal{y}\right)\right]}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2} =-\frac{2sen\left(2\mathcal{x}\right)senh\left(2\mathcal{y}\right)}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2}.</math> | |||
<math>\mathcal{V}_x = \frac{-sinh\left(2\mathcal{y}\right)\left[-2sen\left(2\mathcal{x}\right)\right]}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2} =\frac{2sen\left(2\mathcal{x}\right)senh\left(2\mathcal{y}\right)}{\left[cos\left(2\mathcal{x}\right)+ cosh\left(2\mathcal{y}\right)\right]^2}.</math> | |||
''Cumple con las ecuaciones de Cauchy-Riemann, en un intervalo diferenciable, por lo cual es Holomorfa(Analítica).'' | |||
'''Derivadas de las Funciones''' | |||
''Ahora comprobemos sus derivadas respecto a z, y veamos que son las esperadas;'' | |||
''<math>Tan\left(\mathcal{z}\right)=\frac{sen\left(\mathcal{z}\right)}{cos(\left(\mathcal{z}\right)}</math> y entonces <math>Tan'\left(\mathcal{z}\right)=\frac{cos(\left(\mathcal{z}\right)cos(\left(\mathcal{z}\right)-sen\left(\mathcal{z}\right)\left(-sen\left(\mathcal{z}\right)\right)}{\left[cos(\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}=\frac{cos^2\left(\mathcal{z}\right)+ sin^2\left(\mathcal{z}\right)}{\left[cos\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}= \frac{1}{cos^2\left(\mathcal{z}\right)}= sec^2\left(\mathcal{z}\right). </math>'' | |||
''<math>Sec\left(\mathcal{z}\right)=\frac{1}{cos(\left(\mathcal{z}\right)}</math> y entonces <math>Sec'\left(\mathcal{z}\right)=-\frac{-sen(\left(\mathcal{z}\right)}{\left[cos(\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}=\frac{sen\left(\mathcal{z}\right)}{\left[cos\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}= \frac{tan\left(\mathcal{z}\right)}{cos\left(\mathcal{z}\right)}= tan\left(\mathcal{z}\right)sec\left(\mathcal{z}\right). </math>'' | |||
''<math>Cot\left(\mathcal{z}\right)=\frac{cos\left(\mathcal{z}\right)}{sen(\left(\mathcal{z}\right)}</math> y entonces <math>Cot'\left(\mathcal{z}\right)=\frac{-sen\left(\mathcal{z}\right)sen\left(\mathcal{z}\right)-cos\left(\mathcal{z}\right)\left(cos\left(\mathcal{z}\right)\right)}{\left[sen(\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}=\frac{-sen^2\left(\mathcal{z}\right)- cos^2\left(\mathcal{z}\right)}{\left[sen\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}= \frac{-1}{sen^2\left(\mathcal{z}\right)}= -csc^2\left(\mathcal{z}\right). </math>'' | |||
''<math>Csc\left(\mathcal{z}\right)=\frac{1}{sen(\left(\mathcal{z}\right)}</math> y entonces <math>Csc'\left(\mathcal{z}\right)=-\frac{-cos(\left(\mathcal{z}\right)}{\left[sen(\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}=-\frac{cos\left(\mathcal{z}\right)}{\left[sen\left(\mathcal{z}\right)\right]^2}= -cot\left(\mathcal{z}\right)csc\left(\mathcal{z}\right). </math>'' | |||
''Vemos que sus derivadas son las correspondientes.'' | |||
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Realizado por: [[Usuario:Luis Antonio|Luis Antonio]] ([[Usuario discusión:Luis Antonio|discusión]]) 20:30 1 dic 2012 (CST) | |||
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2.31. Las funciones trigonométricas hiperbólicas se definen como sigue | 2.31. Las funciones trigonométricas hiperbólicas se definen como sigue: | ||
<math>senhz =\frac{1}{2}(e^z-e^{-z})</math>: | <math>senhz =\frac{1}{2}(e^z-e^{-z})</math>: | ||
<math>coshz = \frac{1}{2}(e^z+e^{-z})</math>: | <math>coshz = \frac{1}{2}(e^z+e^{-z})</math>: | ||
<math>tanhz= \frac{senhz}{coshz}</math>: | <math>tanhz= \frac{senhz}{coshz}</math>: | ||
<math>cothz=\frac{coshz}{senhz}</math>: | <math>cothz=\frac{coshz}{senhz}</math>: | ||
<math>sechz=\frac{1}{coshz}</math>: | <math>sechz=\frac{1}{coshz}</math>: | ||
<math>cschz=\frac{1}{senhz}.</math>: | <math>cschz=\frac{1}{senhz}.</math>: | ||
Línea 83: | Línea 355: | ||
donde <math>z = x+iy.</math> | donde <math>z = x+iy.</math> | ||
<math>senhz =\frac{1}{2}(e^z-e^{-z})</math> | '''2. Derivadas''' | ||
<math>senhz =\frac{1}{2}(e^z-e^{-z})</math> | |||
Usando la definición de <math>senhz</math> tenemos: | Usando la definición de <math>senhz</math> tenemos: | ||
<math>(Senhz) | <math>(Senhz)'= (\frac{1}{2}(e^z-e^{-z}))' = \frac{1}{2}\frac{ d(e^z-e^{-z})}{dz} = \frac{1}{2}[e^z+e^{-z}] y por</math> | ||
recordando que <math>coshz = \frac{1}{2}[e^z+e^{-z}]</math> | recordando que <math>coshz = \frac{1}{2}[e^z+e^{-z}]</math> | ||
entonces se tiene que <math>(Senhz) | entonces se tiene que <math>(Senhz)'= coshz</math> | ||
Línea 100: | Línea 374: | ||
Procedemos de manera similar, derivando la definición de <math>coshz</math>. | Procedemos de manera similar, derivando la definición de <math>coshz</math>. | ||
<math>(Coshz) | <math>(Coshz)'= (\frac{1}{2}(e^z+e^{-z}))' = \frac{1}{2}\frac{ d(e^z+e^{-z})}{dz} = \frac{1}{2}[e^z-e^{-z}] y por</math> | ||
recordando que <math>senhz = \frac{1}{2}[e^z-e^{-z}]</math> | recordando que <math>senhz = \frac{1}{2}[e^z-e^{-z}]</math> | ||
entonces se tiene que <math>(Coshz) | entonces se tiene que <math>(Coshz)'= senhz</math> | ||
Para la tangente hiperbólica se tiene, | Para la tangente hiperbólica se tiene, | ||
Línea 112: | Línea 386: | ||
Por definición del senhz y coshz podemos obtener: | Por definición del senhz y coshz podemos obtener: | ||
<math>tanhz = \frac{senhz}{coshz}</math> = <math>\frac{e^z-e^{-z}} | <math>tanhz = \frac{senhz}{coshz}</math> = <math>\frac{e^z-e^{-z}}{e^z-e^{-z}}</math> | ||
Derivando, | Derivando, | ||
<math>(tanhz) | <math>(tanhz)'</math> <math>= \frac{(e^z+e{-z})(e^z+e^{-z})-(e^z-e^{-z})(e^z-e^{-z})}{(e^z+e^{-z})^2}</math> | ||
<math>= \frac{(e^z+e{-z})(e^z+e^{-z})-(e^z-e^{-z})(e^z-e^{-z})}{(e^z+e^{-z})^2}</math> | |||
Desarrollando y eliminando términos; | Desarrollando y eliminando términos; | ||
Línea 123: | Línea 396: | ||
<math>= \frac{2+2}{(e^z+e^{-z})^2} = \frac{4}{(e^z+e^{-z})^2}</math> | <math>= \frac{2+2}{(e^z+e^{-z})^2} = \frac{4}{(e^z+e^{-z})^2}</math> | ||
Usando el hecho de que (2coshz)^2 = (e^2+e^{-2})^2 y sustituyendo; se obtiene. | Usando el hecho de que <math>(2coshz)^2 = (e^2+e^{-2})^2</math> y sustituyendo; se obtiene. | ||
<math>= \frac{4}{4cos^2hz} = \frac{1}{1cos^2hz}</math> | |||
<math>cothz=\frac{coshz}{senhz}</math> | Demostracion: <math>cothz=\frac{coshz}{senhz}</math> | ||
Usando la definición de senhz y coshz se tiene | Usando la definición de senhz y coshz se tiene | ||
<math>Cothz = \frac{e^z+e^{-z} | <math> Cothz = \frac{e^z+e^{-z}}{e^z-e^{-z}}</math> | ||
<math>(cothz) | <math>(cothz)'= \frac{(e^z-e^{-z})(e^z-e^{-z})-(e^z+e^{-z})(e^z+e^{-z})}{(e^z+e^{-z})^2}</math> | ||
Desarrollando y eliminando términos, obtenemos. | Desarrollando y eliminando términos, obtenemos. | ||
Línea 158: | Línea 432: | ||
<math>cschz=\frac{1}{senhz} | <math>cschz=\frac{1}{senhz}</math> | ||
<math>\frac{1}{senhz}= \frac{2}{e^z-e^{-z}}</math> | <math>\frac{1}{senhz}= \frac{2}{e^z-e^{-z}}</math> | ||
Línea 164: | Línea 438: | ||
Derivando el cschz se tiene que, | Derivando el cschz se tiene que, | ||
<math>(cschz) | <math>(cschz)'= \frac{-2(e^z+e^{-z}}{(e^z-e^{-z})^2} =</math> | ||
Usando las identidades de senhz y coshz se tiene: | Usando las identidades de senhz y coshz se tiene: | ||
Línea 170: | Línea 444: | ||
<math>\frac{-2(2coshz)}{(2senhz)^2} = \frac{-4coshz}{4senh^2z}= \frac{coshz}{senh^2z}</math> | <math>\frac{-2(2coshz)}{(2senhz)^2} = \frac{-4coshz}{4senh^2z}= \frac{coshz}{senh^2z}</math> | ||
4. | '''4. Identidades''' | ||
Demostrar | |||
<math>senh(a+b) = senhacoshb+coshasenhb</math> | <math>senh(a+b) = senhacoshb+coshasenhb</math> | ||
Línea 176: | Línea 452: | ||
Por definición tenemos que: <math>senhx = \frac{e^x-e^{-x}}{2}</math> y <math>cosnhy = \frac{e^y+e^{-y}}{2}</math> | Por definición tenemos que: <math>senhx = \frac{e^x-e^{-x}}{2}</math> y <math>cosnhy = \frac{e^y+e^{-y}}{2}</math> | ||
<math> | <math>Senh(a)cosh(b) +coshasenhb = (\frac{e^a-e^{-a}}{2})(\frac{e^b+e^{-b}}{2})+(\frac{e^a+e^{-a}}{2})(\frac{e^b-e^{-b}}{2})</math> | ||
<math>= \frac{1}{4}(e^{a+b}+ e^{a-b}- e^{-a+b}- e^{-a-b}+ e^{a+b}- e^{a-b}+ e^{-a+b}- e^{-a-b})</math> | <math>= \frac{1}{4}(e^{a+b}+ e^{a-b}- e^{-a+b}- e^{-a-b}+ e^{a+b}- e^{a-b}+ e^{-a+b}- e^{-a-b})</math> | ||
Línea 182: | Línea 458: | ||
Se eliminan algunos términos y obtenemos, | Se eliminan algunos términos y obtenemos, | ||
<math>= \frac{1}{4}(2e^{a+b}-2e^{-a-b}) = \frac{1}{2 | <math>= \frac{1}{4}(2e^{a+b}-2e^{-a-b}) = \frac{1}{2}(e^{a+b}-e^{-a-b} = senh(a+b)</math> | ||
Demostrar | |||
<math>cosh(a+b) = coshacoshb+senhasenhb</math> | <math>cosh(a+b) = coshacoshb+senhasenhb</math> | ||
Línea 189: | Línea 467: | ||
Usando las definiciones, vemos que: | Usando las definiciones, vemos que: | ||
<math>coshacoshb +senhasenhb = (\frac{e^a+e^{-a}}{2})(\frac{e^b+e^{-b}}{2})+(\frac{e^a-e^{-a}}{2})(\frac{e^b | <math>coshacoshb + senhasenhb = (\frac{e^a+e^{-a}}{2})(\frac{e^b+e^{-b}}{2})+(\frac{e^a-e^{-a}}{2})(\frac{e^b-e^{-b}}{2})</math> | ||
<math>= \frac{1}{4}(e^{a+b}+ e^{a-b}+ e^{-a+b}+ e^{-a-b}+ e^{a+b}- e^{a-b}- e^{-a+b}+ e^{-a-b})</math> | <math>= \frac{1}{4}(e^{a+b}+ e^{a-b}+ e^{-a+b}+ e^{-a-b}+ e^{a+b}- e^{a-b}- e^{-a+b}+ e^{-a-b})</math> | ||
Línea 196: | Línea 474: | ||
<math>= \frac{1}{4}(2e^{a+b}+2e^{-(a+b)}) = \frac{1}{2}(e^{a+b}+e^{-(a+b)} = cosh(a+b)</math> | <math>= \frac{1}{4}(2e^{a+b}+2e^{-(a+b)}) = \frac{1}{2}(e^{a+b}+e^{-(a+b)} = cosh(a+b)</math> | ||
<math>senhz = cos xcoshy+isen xsenhy</math> | <math>senhz = cos xcoshy+isen xsenhy</math> | ||
Línea 202: | Línea 479: | ||
Sea <math>z=x+iy</math> | Sea <math>z=x+iy</math> | ||
<math>senhz=\frac{e^{i(x+iy)}-e^{-i(x+iy)}}{2i}= \frac{e^{xi-y}-e^{-xi+y}}{2i}</math> | <math> senhz=\frac{e^{i(x+iy)}-e^{-i(x+iy)}}{2i}= \frac{e^{xi-y}-e^{-xi+y}}{2i}</math> | ||
<math>= \frac{e^{-y}}{2i}(cosx+isenx)-\frac{e^{y}}{2i}(cosx-isenx)</math> | <math>= \frac{e^{-y}}{2i}(cosx+isenx)-\frac{e^{y}}{2i}(cosx-isenx)</math> | ||
Línea 214: | Línea 491: | ||
<math>senhz = senxcoshy+icosxsenhy</math> | <math>senhz = senxcoshy+icosxsenhy</math> | ||
Por demostrar. | Por demostrar. | ||
<math>Coshz = cosxcoshy-isenxsenhy.</math> | <math>Coshz = cosxcoshy-isenxsenhy.</math> | ||
Línea 232: | Línea 509: | ||
<math>\therefore</math> <math>coshz = cosxcoshy+isenxsenhy</math> | <math>\therefore</math> <math>coshz = cosxcoshy+isenxsenhy</math> | ||
--[[Usuario:Jean Carlo Cruz Venegas|Jean Carlo Cruz Venegas]] ([[Usuario discusión:Jean Carlo Cruz Venegas|discusión]]) 07:10 29 nov 2012 (CST) | ---- | ||
Realizado por: [[Usuario:Jean Carlo Cruz Venegas|Jean Carlo Cruz Venegas]] ([[Usuario discusión:Jean Carlo Cruz Venegas|discusión]]) 07:10 29 nov 2012 (CST) | |||
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2.35. Muestre que la función <math>u</math> del ejemplo 2.9 no tiene una conjugada armónica. | |||
'''Procedimiento''' | |||
El ejemplo al cuál se hace referencia es <math>u(x,y) = e^xseny</math> | |||
Primero veremos que es armónica; para hacer esto se hace: | |||
<math>u_{x}(x,y)=e^xseny \rightarrow u_{xx}(x,y) = e^xseny</math> | |||
<math>u_{y}(x,y)=e^xcosy \rightarrow u_{yy}(x,y) = -e^xseny</math> | |||
y dado que <math>u_{xx}(x,y)+u_{yy}(x,y)=0</math> entonces se cumple que es armónica. | |||
Para que u tenga conjugada armónica tiene que cumplir con las ecuaciones de Cauchy-Riemman. | |||
Esto es que <math>u_{x}(x,y)= v_{y}(x,y)</math> y $–u_{y}(x,y)=v_{x}(x,y)$ | |||
Entonces como <math>u_{x}(x,y)=e^xseny = v_{y}(x,y)</math> | |||
Manteniendo a <math>x</math> fija e integrando la expresion anterior respecto a <math>y</math>, se obtiene: <math>v(x,y)= -e^xcosy+k(x)</math>, donde k es arbitraria y sólo depende de <math>x</math>. | |||
También se tiene que cumplir que | |||
$ – u_{y} (x,y)= v_{x} (x,y)$ entonces <math>u_{y}= -e^xcosy</math> y <math>v_{x}(x,y) = -e^xcosy+k'(x)</math>. | |||
Luego $k'(x) –e^x cosy = -e^x cosy$ y despejando a <math>k'(x)</math> tenemos <math>k'(x)=0</math> . Integramos <math>\int k'(x) = \int 0 = C</math> | |||
Se obtiene que <math>v(x,y) = e^xcosy +c</math> | |||
'''Conclusión''' | |||
Haciendo sus respectivas derivadas parciales obtenemos, <math>v_{x}(x,y) = e^xcosy +c'(y)</math> y <math>v_{x}(x,y)=e^xseny + c'(x)</math> | |||
Y observamos que no se cumplen las ecuaciones de Caucht-riemman. | |||
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Realizado por: [[Usuario:Jean Carlo Cruz Venegas|Jean Carlo Cruz Venegas]] ([[Usuario discusión:Jean Carlo Cruz Venegas|discusión]]) 15:01 4 dic 2012 (CST) | |||
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Revisión actual - 23:03 8 may 2023
La función exponencial y el logaritmo complejo
2.24 Para la recta horizontal , demuestre que su imagen bajo la exponencial compleja es un rayo basado en el origen quitando el cero.:
Procedimiento
Sea y
Aplicando la exponencial compleja a z nos queda:
para hacer el mapeo igualamos:
por lo que las componentes u,v nos quedan:
:
dividimos la segunda entre la primera ecuación:
:
:
como nos queda una recta con pendiente
Nota: no toca al cero pues la exponencial solo tocaría el cero cuando "a" fuera igual a infinito(hipotéticamente).
Realizado por: Ignacio Peralta Martínez (discusión) 23:11 3 dic 2012 (CST)
2.25 Para la recta vertical , demuestre que su imagen bajo la exponencial compleja es un circulo con centro en el origen y radio
Procedimiento
Hacemos los primeros pasos del ejercicio anterior:
Sea y
aplicando la exponencial compleja a z nos queda:
para hacer el mapeo igualamos:
por lo que las componentes u,v nos quedan:
:
pero ahora en vez de dividir, elevamos al cuadrado y sumamos los lados izquierdos y derechos:
como es la ecuación de un circulo de radio .
Realizado por: Ignacio Peralta Martínez (discusión) 23:11 3 dic 2012 (CST)
2.26. Demuestre las identidades siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1)
Solución:
Sabemos que entonces
2.-
Solución:
Como , entonces
3.-
Solución:
Eliminando y reagrupando, se obtiene
Por lo tanto se comprueba que
4.-
Solución:
Desarrollando:
Eliminando términos, queda;
5.-
Solución:
Desarrollando:
Eliminando términos, queda;
6.-
Solución:
Desarrollando
Realizado por: Jean Carlo Cruz Venegas (discusión) 11:49 4 dic 2012 (CST)
2.27 Demuestre que los ceros de las funciones seno y coseno complejas son los mismos que los de las funciones reales correspondientes.
Función Seno
Para la función seno tenemos
Si , entonces , como , asi
Al separar las partes reales e imaginarias, se obtiene el siguiente sistema de ecuaciones
(1)
(2)
De (1) se observa que , por lo que necesariamente , con sustituyendo en (2) se tiene que
Función Coseno
Para la función coseno tenemos
Si , entonces , luego
Al separar las partes reales e imaginarias, se obtiene el siguiente sistema de ecuaciones
(3)
(4)
De (4) se observa que , por lo que necesariamente , sustituyendo en (3) se tiene que
Por lo tanto, el cero de las fuciones seno y coseno complejas son las mismas que el de las funciónes reales correspondientes.
Realizado por: Pérez Córdoba Sabino (discusión) 15:47 28 nov 2012 (CST)
2.28 Concluya del ejercicio anterior que las funciones complejas y , son periódicas con periodos reales de la forma con . Es decir,sus dominios de periocidad son banda verticales de ancho .
Conclusión
Del ejercicio anterior, se concluyó, para la función seno, que si , con , entonces & , de donde , es decir,
es puramente real, de la forma , cuyo ancho de banda es .
Para el caso del coseno, se concluyó que si , entonces & , nuevamente es puramente real, de la forma . cuyo ancho de banda es
Realizado por: Pérez Córdoba Sabino (discusión) 16:06 28 nov 2012 (CST)
2.29 Se definen las otras funciones trigonométricas complejas, en términos del seno y coseno complejos, como es usual:
Comportamiento de las Funciones
Encuentre sus dominios y muestre que son holomorfas en su dominio y sus derivadas son las esperadas.
El dominio del primer par de funciones es todo
El dominio del segundo par de funciones es todo
Donde
Para mostrar que son holomorfas en su dominio, basta demostrar las ecuaciones de Cauchy-Riemann. osea, que son diferenciables en su dominio, lo cual nos genera un intervalo abierto en el cual es diferenciable.
y
sabemos
Entonces tenemos que la parte real;
y la parte imaginaria es ;
Comprobemos las ecucuaciones de Cauchy-Riemann.
De manera similar obtenemos;
Cumple con las ecuaciones de Cauchy-Riemann, en un intervalo diferenciable, por lo cual es Holomorfa(Analítica).
Derivadas de las Funciones
Ahora comprobemos sus derivadas respecto a z, y veamos que son las esperadas;
y entonces
y entonces
y entonces
y entonces
Vemos que sus derivadas son las correspondientes.
Realizado por: Luis Antonio (discusión) 20:30 1 dic 2012 (CST)
2.31. Las funciones trigonométricas hiperbólicas se definen como sigue:
:
:
:
:
:
:
1. Observe que senhz y coshz son holomorfas en todo C. Encuentre los mayores dominios donde las otras funciones hiperbólicas anteriores son holomorfas
2. Obtenga expresiones para las derivadas de las funciones hiperbólicas.
3. Demuestre las identidades siguientes: :
4. Demuestre las identidades siguientes:
donde
2. Derivadas
Usando la definición de tenemos:
recordando que
entonces se tiene que
Procedemos de manera similar, derivando la definición de .
recordando que
entonces se tiene que
Para la tangente hiperbólica se tiene,
Por definición del senhz y coshz podemos obtener:
=
Derivando,
Desarrollando y eliminando términos;
Usando el hecho de que y sustituyendo; se obtiene.
Demostracion:
Usando la definición de senhz y coshz se tiene
Desarrollando y eliminando términos, obtenemos.
El último termino se obtuvo utilizando la identidad de senhz.
Derivando la última expresión tenemos.
Usando el hecho de que 2coshz= e^z+e^{-z} y sustituyendo dentro de la ecuación anterior.
Derivando el cschz se tiene que,
Usando las identidades de senhz y coshz se tiene:
4. Identidades
Demostrar
Por definición tenemos que: y
Se eliminan algunos términos y obtenemos,
Demostrar
Usando las definiciones, vemos que:
Se eliminan algunos términos y obtenemos,
Sea
Y por definición del y se tiene:
Por demostrar.
Sea
Y por definición del y se tiene:
Realizado por: Jean Carlo Cruz Venegas (discusión) 07:10 29 nov 2012 (CST)
2.35. Muestre que la función del ejemplo 2.9 no tiene una conjugada armónica.
Procedimiento
El ejemplo al cuál se hace referencia es
Primero veremos que es armónica; para hacer esto se hace:
y dado que entonces se cumple que es armónica.
Para que u tenga conjugada armónica tiene que cumplir con las ecuaciones de Cauchy-Riemman.
Esto es que y $–u_{y}(x,y)=v_{x}(x,y)$
Entonces como
Manteniendo a fija e integrando la expresion anterior respecto a , se obtiene: , donde k es arbitraria y sólo depende de .
También se tiene que cumplir que
$ – u_{y} (x,y)= v_{x} (x,y)$ entonces y .
Luego $k'(x) –e^x cosy = -e^x cosy$ y despejando a tenemos . Integramos
Se obtiene que
Conclusión
Haciendo sus respectivas derivadas parciales obtenemos, y Y observamos que no se cumplen las ecuaciones de Caucht-riemman.
Realizado por: Jean Carlo Cruz Venegas (discusión) 15:01 4 dic 2012 (CST)