0 Daumen
780 Aufrufe

Aufgabe:

Lösungen in der komplexen Zahlenmenge skizzieren

1.) 2|z| = z*z + 1

2) Im(z +1) Re(z -1)

3) |(z+1)/(z-1)| < 1

Problem/Ansatz:


1) r2 - 2r + 1 = 0


r1/2 =  1+- √(-1)2 -1

    = 1 +- 0

=> r1 = 1 und r2 = 1


*) fettgedruckt -> Konjugation

Avatar von

Hallo,

bei a erhältst Du \(r=|z|=1\) als Lösung. Was bedeutet \(r=1\) geometrisch?

Bei b steht keine Gleichung.

Bei c würde ich quadrieren (warum ist das hier eine Äquivalenzumformung?), dann ansetzen \(z=x+iy\) und ausrechnen. Am Ende kannst Du Dich dann fragen, ob das Ergebnis nicht auch direkt aus geometrischen Überlegungen folgt - oder Du fängst damit an.

Gruß

3 krieg ich nicht raus... Das quadrieren hilft mir auch nicht weiter :/

Könnt ihr mir bitte helfen?

sry b) lautet eig. Im(z+ 1) ≤ Re(z -1)

Könnt ihr mir bitte helfen?

Also mal kleinschrittig:

- Wenn z=x+iy, also x=Re(z) und y=Im(z), wie ist dann |z| definiert?

- Wenn z=x+iy, was ist dann der Realteil von z+1, was ist der Imaginärteil von z+1?

- Wenn das geklärt ist, was ist dann |z+1| und dementsprechend |z+1|2?

- Mache das Gleiche  für |z-1|

. Forme um: \(\frac{|z+1|}{|z-1|}<1 \iff |z+1|^2<|z-1|^2\)

1 Antwort

0 Daumen
 
Beste Antwort

Hallo,

zu 1.)  \(2|z| = z \cdot \overline z + 1\)

Substitution$$z=x+yi \implies |z| = \sqrt{x^2 + y^2}, \quad z \cdot \overline z = (x+yi)(x-yi)= x^2+y^2 = |z|^2$$Einsetzen in den Term aus 1) gibt dann$$\begin{aligned}2|z| &= |z|^2 + 1 \\ 0 &= |z|^2 - 2|z| + 1 \\ &= (|z|-1)^2 \\ \implies |z| &= 1\end{aligned}$$.. und das ist der Einheitskreis in der Gauß'schen Zahlenebene.


zu 2.) \(\text{Im}(z+ 1) \le \text{Re}(z -1)\)

- Wenn z=x+iy, also x=Re(z) und y=Im(z), wie ist dann |z| definiert?

(s.o..) \(|z| = \sqrt{x^2 + y^2}\) Setze einen Punkt in die Gauß'sche Zahleneben und bestimme mit Pythagoras die Entfernung zum Ursprung.

- Wenn z=x+iy, was ist dann der Realteil von z+1, was ist der Imaginärteil von z+1?

$$\text{Re}(z +1) = \text{Re}(x+yi +1) = \text{Re}((x+1)+yi) = x+1 \\ \text{Im}(z+ 1) = \text{Im}(x+yi+ 1) = \text{Im}((x+1)+yi) = y$$

- Wenn das geklärt ist, was ist dann |z+1| und dementsprechend |z+1|2?

$$|z+1| = |(x+1) + yi| = \sqrt{(x+1)^2 + y^2} \\ \implies |z+1|^2 = (x+1)^2 + y^2$$ zur Aufgabe:$$\begin{aligned}\text{Im}(z+ 1) &\le \text{Re}(z -1) &&|\, z = x+ yi \\ y &\le x-1 \end{aligned}$$

Die Lösungsmenge ist die Halbebene unterhalb der Geraden \(y=x-1\). Und die Gerade selbst ist Teil der Lösung.


zu 3.) \(\frac{|z+1|}{|z-1|}<1 \) da kann man schreiben$$\left|\frac{z+1}{z-1}\right| = \frac{|z+1|}{|z-1|} \lt 1 \quad \mathbb D = \{z \in \mathbb C \backslash 1\} \\ \implies |z+1| \lt |z-1|$$Bevor ich das ausrechne schaue Dir mal folgendes Bild an.

blob.png

Ich habe zwei Beispiele für einen Punkt \(z\) (grün) in die Gauß'sche Zahlenebene gezeichnet. Sowie die Punkte \(z+1\) und \(z-1\). Die Absolutfunktion \(|z \pm 1|\) liefert als Ergebnis immer die Länge der blau und rot markierten Strecken vom Ursprung \(0\) zum jeweiligen Punkt in der Zahlenebene.

Wenn sich \(z\) links von \(0\) befindet ist der rote Pfeil immer kleiner als der blaue Pfeil. Liegt \(z\) rechts von \(0\), ist es umgekehrt. Obige Ungleichung ist erfüllt, wenn \(|z+1|\lt|z-1|\) also wenn rot kürzer als blau ist. Daraus folgt, dass die Lösungsmenge alle Punkte \(z\) sind, die links der imaginären Achse liegen; bzw. $$\mathbb L = \{z \in \mathbb C|\, \text{Re}(z) \lt 0\}$$

$$\begin{aligned} \left| \frac{z+1}{z-1} \right| &\lt 1 \\ |z+1| &\lt |z-1| \\ \sqrt{(x+1)^2 + y^2} &\lt \sqrt{(x-1)^2 + y^2} \\(x+1)^2 + y^2 &\lt (x-1)^2 + y^2 &&|\, - y^2\\ x^2 +2x + 1 &\lt x^2 - 2x + 1 &&|\, -(x^2 + 1) \\ 2x &< -2x &&|\, + 2x\\ 4x &\lt 0 &&|\, \div 4\\ x &\lt 0 \\ \implies \text{Re}(z) &\lt 0\end{aligned}$$

Gruß Werner

Avatar von 48 k

Hab mich leider vertan bei der Aufgabe c)

Es sollte \(\frac{|z+1|}{|z-i|}<1 \) heißen.


Tut mir leid.

Wie wärst du denn bei dieser Aufgabe vorgegangen?

Wie wärst du denn bei dieser Aufgabe vorgegangen?

ganz genau so! Zeichne einfach ein paar Punkte \(z\) in die Gaußsche Zahlenebene, sowie die Punkte \(z+1\) und \(z-i\)

blob.png

Der Ausdruck $$\frac{|z+1|}{|z-i|} \lt 1$$ist genau erfüllt, wenn$$|z+1| \lt |z-i| \quad z \ne i$$ist, also wenn der rote Pfeil \(z+1\) kürzer ist als der blaue Pfeil \(z-i\). Beide Pfeile wären gleich lang, wenn sich der Ursprung auf der Mittelsenkrechten der Strecke $$z-i \leftrightarrow z+1$$befindet. Liegt der Ursprung oberhalb dieser Mittelsenkrechten, so ist der rote Pfeil kürzer, und die Bedingung ist erfüllt.

Die Lösung ist also, dass \(z\) unterhalb der rot gestrichelten Linie liegen muss, d.h. der Geraden \(y=-x\): $$\mathbb L =\{z \in \mathbb C,\space \,x,y \in \mathbb R | z=x+yi \, \land y\lt -x\} $$oder auch$$\mathbb L = \{z \in \mathbb C|\, \text{Im}(z) \lt -\text{Re}(z)\}$$

wenn Du das rechnen willst, so geht das so:$$\begin{aligned}|z+1| &\lt |z-i| &&|\,z \ne i \\ |z+1|^2 &\lt |z-i|^2 &&|\, z=x+yi\\ |(x+1)+yi|^2 &\lt |x+(y-1)i|^2 \\ (x+1)^2 + y^2 &\lt x^2 + (y-1)^2 \\ x^2+2x+1 + y^2 &\lt x^2 + y^2-2y+1 &&|\,-(x^2+y^2+1)\\ 2x &\lt -2y &&|\,\div (-2)\\ -x &\gt y\\ \end{aligned}$$Gruß Werner

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community