Komplexe-Zahlen-Rechner: Arithmetik, Polar, De Moivre
Komplexe Zahlen-Arithmetik a+bi, Polarform r·e^(iθ), De-Moivre-Potenzen und n-te Wurzeln. Vier Modi für komplexe Mathematik mit Beispielen und Anwendungen.
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Komplexe Zahlen: Erweiterung der reellen Zahlen
Eine komplexe Zahl ist ein geordnetes Paar reeller Zahlen, geschrieben z = a + bi, wobei a = Re(z) der Realteil, b = Im(z) der Imaginärteil und i die imaginäre Einheit mit i² = −1 ist. Die Menge ℂ erweitert die reellen Zahlen ℝ, sodass jede Polynomgleichung lösbar ist (Fundamentalsatz der Algebra, Gauß 1799). Jedes z ∈ ℂ kann als Punkt (a, b) in der Argand-Gauß-Ebene dargestellt werden; reelle Zahlen liegen auf der horizontalen Achse, rein imaginäre auf der vertikalen.
Komplexe Arithmetik
Summe: (a+bi) + (c+di) = (a+c) + (b+d)i. Produkt: (a+bi)·(c+di) = (ac−bd) + (ad+bc)i. Division (durch Konjugieren): (a+bi)/(c+di) = [(ac+bd) + (bc−ad)i]/(c²+d²). Konjugierte: z̄ = a − bi; Eigenschaft: z·z̄ = a² + b² = |z|². Betrag: |z| = √(a² + b²). Argument: arg(z) = atan2(b, a) ∈ (−π, π].
Polar- und Exponentialform
Jede komplexe Zahl ungleich null kann als z = r·(cos θ + i·sin θ) = r·e^(iθ) geschrieben werden, wobei r = |z| und θ = arg(z). Eulers berühmte Formel e^(iπ) + 1 = 0 verbindet fünf fundamentale Konstanten. Die Polarform vereinfacht Multiplikationen und Potenzen: z₁·z₂ = r₁·r₂·e^(i(θ₁+θ₂)) (Beträge multiplizieren, Argumente addieren); z₁/z₂ = (r₁/r₂)·e^(i(θ₁−θ₂)).
Satz von De Moivre
Für jede ganze Zahl n: z^n = r^n·e^(inθ) = r^n·(cos nθ + i·sin nθ). Mächtiges Werkzeug zur Berechnung hoher Potenzen ohne Ausmultiplizieren. Beispiel: (1 + i)^10 = ? r = √2, θ = π/4. z^10 = (√2)^10·e^(i·10π/4) = 32·e^(i·5π/2) = 32·e^(i·π/2) = 32·i. Überprüfbar: ((1+i)²)^5 = (2i)^5 = 32·i^5 = 32i. ✓
n-te Wurzeln
Eine komplexe Zahl z = r·e^(iθ) ≠ 0 hat genau n verschiedene n-te Wurzeln: w_k = r^(1/n)·e^(i(θ + 2πk)/n), für k = 0, 1, ..., n−1. Sie liegen auf einem Kreis mit Radius r^(1/n) an den Ecken eines regelmäßigen n-Ecks. Beispiel: die 3 kubischen Wurzeln von 1: w_0 = 1, w_1 = −1/2 + (√3/2)i, w_2 = −1/2 − (√3/2)i. Die n-ten Einheitswurzeln w_k = e^(2πik/n) bilden eine zyklische Gruppe, fundamental in Gruppentheorie und diskreten Fourier-Transformationen.
Anwendungen
Elektrotechnik (Impedanzen Z = R + iωL − i/(ωC) in Wechselstrom, RLC-Schaltungsanalyse); Quantenphysik (Wellenfunktion ψ ∈ ℂ, hermitesche Operatoren, Pauli-Matrizen); Signalverarbeitung (Fourier-Transformation: komplexes Spektrum); Signaltheorie (Phasoren, AM/FM-Modulation); Regelungstechnik (Wurzelortskurve, Nyquist-, Bode-Diagramme); Aerodynamik (konforme Potentialfunktion, Joukowski); Geometrie (Möbius-Transformationen, hyperbolische Geometrie); Fraktale (Mandelbrot z_{n+1} = z_n² + c, Julia-Mengen); Kryptographie (Algorithmen über elliptischen Kurven auf komplexen endlichen Körpern).
Anwendung
Modus wählen: Arithmetik (z₁, z₂ → Summe, Differenz, Produkt, Quotient), Polar (a+bi → r, θ in Grad und Radianten, umgekehrt), De Moivre (z, n → z^n), Wurzeln (z, n → n n-te Wurzeln). Real- und Imaginärteile als Dezimalzahlen.
Aktualisiert im Juli 2026
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