Jk: Różnice pomiędzy wersjami

Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania
Linia 21: Linia 21:
}}
}}


==Ciało liczb zespolonych==
==Testy==


Omówimy teraz inny przykład ciała, a mianowicie ciało liczb zespolonych.


Niech <math>\mathbb C</math> będzie zbiorem <math>\mathbb R\times \mathbb R</math> wyposażonym w dwa
<quiz>Zaznacz zdania prawdziwe dotyczące podłogi i sufitu:}
następujące działania:
<wrongoption>{ <math>\displaystyle n\geq 2^{\cceil{\log_2 n}} </math> ,}
<rightoption> <math>\displaystyle n\leq 2^{\cceil{\log_2 n}} </math> ,}
<rightoption> <math>\displaystyle \cceil{\log_2 \cceil{n/2}}=\cceil{\log_2 \brackets{n/2}} </math> ,}
<wrongoption>{ <math>\displaystyle \ffloor{\log_2 \cceil{n/2}}=\ffloor{\log_2 \brackets{n/2}} </math> .}
<\quiz>


<quiz>Dowolny niepusty podzbiór  <math>\displaystyle S\subseteq \N </math>  zbioru liczb naturalnych}
<wrongoption>{ma w sobie liczbę największą}
<rightoption>ma w sobie liczbę najmniejszą}
<wrongoption>{ma w sobie liczbę największą oraz liczbę najmniejszą}
<wrongoption>{ma w sobie liczbę najmniejszą ale nigdy nie ma największej}
<\quiz>


<center><math>(a,b)+(c,d)=(a+c, b+d),</math></center>
<quiz>Zbiór  <math>\displaystyle S\subseteq\N </math>  jest taki, że jeśli  <math>\displaystyle s\in S </math>  to  <math>\displaystyle s+1\in S </math> .
Jeśli  <math>\displaystyle 9\in S </math> , to:}
<wrongoption>{ <math>\displaystyle S=\N </math> }
<wrongoption>{ <math>\displaystyle S=\N\setminus\set{0,1,2,3,4,5,6,7,8} </math> }
<wrongoption>{ <math>\displaystyle S\subseteq\N\setminus\set{0,1,2,3,4,5,6,7,8} </math> }
<rightoption> <math>\displaystyle S\supseteq\N\setminus\set{0,1,2,3,4,5,6,7,8} </math> }
<\quiz>  


<quiz>Zbiór  <math>\displaystyle S\subseteq\N </math>  jest taki, że jeśli  <math>\displaystyle a,b\in S </math> ,
to  <math>\displaystyle a+b\in S </math>  oraz  <math>\displaystyle a+b+1\not\in S </math> .
Jeśli  <math>\displaystyle 0,2 \in S </math> , to:}
<wrongoption>{ <math>\displaystyle S=\N </math> }
<rightoption>zbiór  <math>\displaystyle S </math>  zawiera wszystkie liczby naturalne, które są parzyste}
<rightoption>zbiór  <math>\displaystyle S </math>  jest zawarty w zbiorze liczb naturalnych, które są parzyste}
<rightoption>zbiór  <math>\displaystyle S </math>  jest zbiorem wszystkich liczb naturalnych, które są parzyste}
<\quiz>


<center><math>(a,b)\cdot (c,d)=(ac-bd, ad+bc).</math></center>
<quiz>Ostatnią cyfrą liczby  <math>\displaystyle 3^{3^n} </math>  jest:}
<wrongoption>{zawsze  <math>\displaystyle 3 </math> }
<rightoption>zawsze  <math>\displaystyle 3 </math>  lub  <math>\displaystyle 7 </math> }
<wrongoption>{zawsze  <math>\displaystyle 7 </math> }
<wrongoption>{jakakolwiek z cyfr  <math>\displaystyle 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 </math> }
<\quiz>  


<quiz> Jeśli  <math>\displaystyle Z \subseteq \N </math>  jest jakimś zbiorem liczb naturalnych,
który wraz z każdym początkowym fragmentem zbioru  <math>\displaystyle \N </math> 
postaci  <math>\displaystyle \set{0,\ldots,k-1} </math>  zawiera również kolejną liczbę  <math>\displaystyle k </math> , to wtedy }
<rightoption>zbiór  <math>\displaystyle Z </math>  zawiera wszystkie liczby naturalne poza skończonym podzbiorem}
<rightoption>zbiór  <math>\displaystyle Z </math>  zawiera wszystkie liczby naturalne}
<rightoption>zbiór  <math>\displaystyle Z </math>  zawiera nieskończenie wiele liczb naturalnych}
<wrongoption>{zbiór  <math>\displaystyle Z </math>  jest pusty}
<\quiz>


Sprawdzenie, że tak zdefiniowana struktura jest ciałem jest kwestią bezpośredniego rachunku. Elementem neutralnym ze względu na dodawanie (zerem w <math>\mathbb C</math>) jest element <math>(0,0)</math>, zaś elementem neutralnym ze względu na mnożenie jest element <math>(1,0)</math>. Elementem przeciwnym do elementu <math>(a,b) </math> jest element <math>(-a,-b)</math>. Elementem odwrotnym do niezerowego elementu <math>(a,b)</math> jest element
<quiz>Grupa uczniów stojących przed klasą skłóciła się do tego stopnia,  
że nikt z nikim się nie lubił.  
Jeden z nich, aby naprawić relacje, wymyślił,
że jeżeli wszyscy znajdujący się wewnątrz klasy będą pogodzeni,
to nie powinno być problemu,
aby któryś stojący na zewnątrz klasy wszedł do środka i pogodził się ze wszystkimi,
będącymi w klasie.
Drugi z nich zauważył jednak,
że nic z tego nie wyjdzie, bo w środku nikogo nie ma.
Czy klasa jest w stanie się pogodzić?}
<wrongoption>{klasa na pewno się nie pogodzi}
<rightoption>klasa się pogodzi, jeżeli każdy pójdzie za radą pierwszego ucznia}
<rightoption>jeżeli w klasie byłaby już jedna osoba, to reszta klasy miałaby szansę się pogodzić}
<rightoption>jeżeli w klasie byłyby już co najmniej dwie osoby,  
przy czym osoby w klasie byłyby ze sobą pogodzone,  
to reszta klasy miałaby szansę się pogodzić}
<\quiz>  


<center><math>(a,b)^{-1}=\left({a\over {a^2+b^2}} ,- {b\over{a^2+b^2}}\right).</math></center>
<quiz>Jeśli  <math>\displaystyle S\subseteq\N </math> , to:}
 
<wrongoption>{zbiór  <math>\displaystyle S </math>  ma element największy}
 
  <wrongoption>{zbiór  <math>\displaystyle S </math>  ma element najmniejszy}
Ciało liczb zespolonych ma charakterystykę 0.
<wrongoption>{zbiór  <math>\displaystyle S </math> ma element największy, o ile  <math>\displaystyle S </math> jest niepusty}
 
  <rightoption>zbiór <math>\displaystyle S </math>  ma element najmniejszy, o ile  <math>\displaystyle S </math> jest niepusty}
Element <math>(0,1)</math> oznaczamy przez <math>\mathbf i</math>. Liczbę rzeczywistą <math>a</math> utożsamiamy z liczbą zespoloną <math>(a,0)</math>. Dokładniej mówiąc, odwzorowanie
<\quiz>
 
 
<center><math>\mathbb R \ni \longrightarrow (a, 0)\in \mathbb C</math></center>
 
 
jest injekcją, czyli zbiór liczb rzeczywistych można uważać za podzbiór
 
 
<center><math>\{(a,0)|\ a\in \mathbb R\}</math></center>
 
 
zbioru liczb zespolonych. Co więcej, według powyższych formuł definiujących dodawanie i mnożenie w ciele liczb zespolonych, zwykłe dodawanie i mnożenie liczb rzeczywistych jest zawężeniem dodawania i mnożenia (odpowiednio) z ciała liczb zespolonych. Mówimy, że ciało <math>\mathbb R</math> jest podciałem ciała <math>\mathbb C</math>.
 
Liczba zespolona <math>\mathbf i =(0,1)</math> ma tę własność, że <math>\mathbf i ^2=-1</math>.  W związku z tym,  liczbę tę zapisywano jako <math>\sqrt {-1}</math>. Oznaczenie to używane było już w XVI wieku, jako formalny symbol, do
obliczania pierwiastków wielomianów. Współczesna teoria i symbolika liczb zespolonych pochodzi z XIX wieku.
 
Liczbę <math>\mathbf i</math> nazywamy jednostką urojoną i zgodnie z przyjętymi wyżej definicjami i ustaleniami, każdą liczbę zespoloną <math>(a,b)</math> możemy zapisać jako <math>a+b\mathbf i</math>. Liczbę rzeczywistą <math>a</math> nazywamy ''częścią rzeczywistą'' (z łac. ''realis'') liczby zespolonej <math>z=a+b\mathbf i</math> i oznaczamy ją <math>\Re\, z</math>, zaś liczbę rzeczywistą <math>b</math> nazywamy ''częścią urojoną'' ( z łac. ''imaginalis'') liczby zespolonej <math>z</math> i oznaczamy ją przez <math>\Im\, z</math>.
 
Liczby zespolone, jako elementy zbioru <math>\mathbb R ^2</math>, możemy identyfikować z punktami na płaszczyźnie wyposażonej w prostokątny układ współrzędnych. Dokładniej mówiąc, liczbę zespoloną <math>z=(a,b)</math> przedstawiamy na płaszczyźnie jako punkt o współrzędnych <math>(a,b)</math> lub jako wektor o początku w początku układu współrzędnych (w punkcie o współrzędnych <math>(0,0)</math>) i końcu w punkcie o współrzędnych <math>(a,b)</math>. Przyjmując tę geometryczną interpretację liczby zespolonej, zbiór wszystkich liczb zespolonych nazywamy płaszczyzną liczb zespolonych. Dodawaniu liczb zespolonych
odpowiada dodawanie wektorów zaczepionych w początku układu współrzędnych.
 
Dla liczby zespolonej wprowadzamy pojęcie modułu i argumentu. Modułem liczby zespolonej <math>z=a+b\mathbf i </math> nazywamy liczbę rzeczywistą <math>|z|</math>  określoną wzorem
 
 
<center><math> |z| =\sqrt {a^2+b^2}.</math></center>
 
 
Biorąc pod uwagę geometryczną interpretację liczb zespolonych, widzimy, że moduł liczby <math>z= a+b\mathbf i </math> jest odległością punktu <math>(a,b)</math> od początku układu współrzędnych lub długością wektora reprezentującego tę liczbę zespoloną. Moduł liczby zespolonej jest równy zeru wtedy i tylko wtedy, gdy liczba ta jest równa zeru.
 
Argumentem różnej od zera liczby zespolonej <math>z=a+b\mathbf i </math> nazywamy
każdą liczbę rzeczywistą <math>\varphi </math> spełniającą układ równań
 
 
<center><math>\begin{array} {l}
\cos \varphi ={x\over {|z|}},\\
\sin\varphi ={y\over {|z|}}.
\end{array}
</math></center>
 
 
Umawiamy się, że dla liczby zespolonej <math>z=0</math> argumentem jest każda liczba rzeczywista. Argumentem głównym liczby zespolonej <math>z\ne 0</math> nazywamy ten argument, który leży w przedziale <math>[0,2\pi)</math>. Argument główny liczby zespolonej (niezerowej) oznaczmy przez <math>\arg z</math>.
 
Argument główny jest kątem nachylenia  wektora <math>z</math> do dodatniej
półosi odciętych. Liczbę zespoloną <math>z=a+b\mathbf i </math> różną od <math>0</math> możemy teraz zapisać jako
 
 
<center><math>z=|z|(\cos\arg z +\mathbf i \sin\arg z ).</math></center>
 
 
Każdą liczbę zespoloną możemy zapisać jako
 
 
<center><math>z=|z|(\cos\varphi +\mathbf i \sin\varphi ) </math></center>
 
 
dla pewnego argumentu <math>\varphi</math>. Zapis ten nazywamy trygonometryczną postacią liczby zespolonej.
 
Można przeliczyć, stosując znane ze szkoły wzory trgonometryczne, że jeśli <math>z_1=|z_1|( \cos\varphi _1 +\mathbf i \sin\varphi _1)</math> i <math>z_2 = |z_2|(\cos\varphi _2 +\mathbf i \sin\varphi _2)</math>, to
 
 
<center><math>z_1z_2= |z_1||z_2|(\cos (\varphi _1 +\varphi _2) +\mathbf i\sin(\varphi _1 +\varphi_2)).</math></center>
 
 
Jeśli przyjmiemy, że <math>z^n = z\cdot ...\cdot z</math>, gdzie <math>z</math>
powtarza się <math>n</math> razy, to posługując się ostatnim wzorem na mnożenie liczb zespolonych w postaci trygonometrycznej, dostajemy natychmiast tzw. wzory de Moivre'a na  <math>n</math>-tą potęgę liczby zespolonej
 
 
<center><math>[|z|(\cos\varphi +\mathbf i \sin\varphi )]^n=|z|^n(\cos n\varphi +\mathbf i \sin n\varphi).</math></center>
 
 
Dla liczby zespolonej <math>z=a+b\mathbf i </math> definiujemy tak zwaną ''liczbę sprzężoną <math>\overline z</math> do liczby <math>z</math>''. Mianowicie, definiujemy
 
 
<center><math>\overline z = a-b\mathbf i . </math></center>
 
 
Jeśli <math>z=|z|(\cos\varphi +\mathbf i \sin \varphi )</math>, to
 
 
<center><math>\overline z=|z|(\cos (- \varphi) +\mathbf i \sin (-\varphi)).</math></center>
 
 
Wobec tego liczba sprzężona <math>\overline z</math> jest obrazem przez odbicie symetryczne względem osi odciętych liczby <math>z</math>, gdzie <math>z</math>
traktujemy jako punkt płaszczyzny lub wektor.
 
Na koniec tego wykładu przytoczymy, bez dowodu, bardzo ważną cechę ciała liczb zespolonych, której to cechy nie ma ciało liczb rzeczywistych. Najpierw wprowadźmy następującą definicję
 
{{definicja|3.1 [Algebraicznej domkniętości]|def 3.1|
Mówimy, że ciało <math>\mathbb K</math> jest ''algebraicznie domknięte'', jeśli każdy wielomian jednej zmiennej o współczynnikach z ciała <math>\mathbb K</math> ma w ciele <math>\mathbb K</math> miejsce zerowe.
}}
 
Jak wiadomo, ciało liczb rzeczywistych nie ma takiej własności, bo np. wielomian <math>x^2 +1</math> nie ma miejsc zerowych w <math>\mathbb R</math>.
 
W przypadku liczb zespolonych zachodzi następujące twierdzenie, nazywane zasadniczym twierdzeniem algebry
 
{{twierdzenie|3.2|tw 3.2|
Ciało liczb zespolonych jest algebraicznie domknięte.
}}
 
Z twierdzenia tego wynika, że każdy wielomian  o współczynnikach z ciała <math>\mathbb C</math> jest rozkładalny na czynniki stopnia 1 o współczynnikach z ciała <math>\mathbb K</math>.

Wersja z 18:42, 14 wrz 2006

wykres funkcji

porównania

tescik tescik2

Reprezentacja

Twierdzenie 6.10

Jeżeli P jest rozkładem prawdopodobieństwa, to funkcja F zdefiniowana wzorem:


F(x)=P(,x]=P((,x]),      (6.3)


jest dystrybuantą. Mówimy wtedy, że rozkład P ma dystrybuantę F, co często zaznaczamy pisząc FP zamiast F.

Testy

<quiz>Zaznacz zdania prawdziwe dotyczące podłogi i sufitu:}

<wrongoption>{ Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\cceil”): {\displaystyle \displaystyle n\geq 2^{\cceil{\log_2 n}} }
 ,}
<rightoption> Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\cceil”): {\displaystyle \displaystyle n\leq 2^{\cceil{\log_2 n}} }
 ,}
<rightoption> Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\cceil”): {\displaystyle \displaystyle \cceil{\log_2 \cceil{n/2}}=\cceil{\log_2 \brackets{n/2}} }
 ,}
<wrongoption>{ Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\ffloor”): {\displaystyle \displaystyle \ffloor{\log_2 \cceil{n/2}}=\ffloor{\log_2 \brackets{n/2}} }
 .}

<\quiz>

<quiz>Dowolny niepusty podzbiór S zbioru liczb naturalnych}

<wrongoption>{ma w sobie liczbę największą}
<rightoption>ma w sobie liczbę najmniejszą}
<wrongoption>{ma w sobie liczbę największą oraz liczbę najmniejszą}
<wrongoption>{ma w sobie liczbę najmniejszą ale nigdy nie ma największej}

<\quiz>

<quiz>Zbiór S jest taki, że jeśli sS to s+1S . Jeśli 9S , to:} <wrongoption>{ S= } <wrongoption>{ Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\set”): {\displaystyle \displaystyle S=\N\setminus\set{0,1,2,3,4,5,6,7,8} } } <wrongoption>{ Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\set”): {\displaystyle \displaystyle S\subseteq\N\setminus\set{0,1,2,3,4,5,6,7,8} } } <rightoption> Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\set”): {\displaystyle \displaystyle S\supseteq\N\setminus\set{0,1,2,3,4,5,6,7,8} } } <\quiz>

<quiz>Zbiór S jest taki, że jeśli a,bS , to a+bS oraz a+b+1∉S . Jeśli 0,2S , to:} <wrongoption>{ S= } <rightoption>zbiór S zawiera wszystkie liczby naturalne, które są parzyste} <rightoption>zbiór S jest zawarty w zbiorze liczb naturalnych, które są parzyste} <rightoption>zbiór S jest zbiorem wszystkich liczb naturalnych, które są parzyste} <\quiz>

<quiz>Ostatnią cyfrą liczby 33n jest:} <wrongoption>{zawsze 3 } <rightoption>zawsze 3 lub 7 } <wrongoption>{zawsze 7 } <wrongoption>{jakakolwiek z cyfr 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 } <\quiz>

<quiz> Jeśli Z jest jakimś zbiorem liczb naturalnych, który wraz z każdym początkowym fragmentem zbioru postaci Parser nie mógł rozpoznać (nieznana funkcja „\set”): {\displaystyle \displaystyle \set{0,\ldots,k-1} } zawiera również kolejną liczbę k , to wtedy } <rightoption>zbiór Z zawiera wszystkie liczby naturalne poza skończonym podzbiorem} <rightoption>zbiór Z zawiera wszystkie liczby naturalne} <rightoption>zbiór Z zawiera nieskończenie wiele liczb naturalnych} <wrongoption>{zbiór Z jest pusty} <\quiz>

<quiz>Grupa uczniów stojących przed klasą skłóciła się do tego stopnia, że nikt z nikim się nie lubił. Jeden z nich, aby naprawić relacje, wymyślił, że jeżeli wszyscy znajdujący się wewnątrz klasy będą pogodzeni, to nie powinno być problemu, aby któryś stojący na zewnątrz klasy wszedł do środka i pogodził się ze wszystkimi, będącymi w klasie. Drugi z nich zauważył jednak, że nic z tego nie wyjdzie, bo w środku nikogo nie ma. Czy klasa jest w stanie się pogodzić?} <wrongoption>{klasa na pewno się nie pogodzi} <rightoption>klasa się pogodzi, jeżeli każdy pójdzie za radą pierwszego ucznia} <rightoption>jeżeli w klasie byłaby już jedna osoba, to reszta klasy miałaby szansę się pogodzić} <rightoption>jeżeli w klasie byłyby już co najmniej dwie osoby, przy czym osoby w klasie byłyby ze sobą pogodzone, to reszta klasy miałaby szansę się pogodzić} <\quiz>

<quiz>Jeśli S , to:}

<wrongoption>{zbiór  S  ma element największy}
<wrongoption>{zbiór  S  ma element najmniejszy}
<wrongoption>{zbiór  S  ma element największy, o ile  S  jest niepusty}
<rightoption>zbiór  S  ma element najmniejszy, o ile  S  jest niepusty}

<\quiz>