Calculateur Nombres Complexes : arithmétique, polaire, De Moivre
Arithmétique nombres complexes a+bi, conversion forme polaire r·e^(iθ), puissances de De Moivre et racines n-ièmes. Quatre modes de mathématiques complexes.
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Nombres complexes : extension des réels
Un nombre complexe est un couple ordonné de réels écrit z = a + bi, où a = Re(z) est la partie réelle, b = Im(z) la partie imaginaire, et i l'unité imaginaire avec i² = −1. ℂ étend les réels ℝ permettant de résoudre toute équation polynomiale (théorème fondamental de l'algèbre, Gauss 1799). Chaque z ∈ ℂ se représente comme point (a, b) dans le plan d'Argand-Gauss.
Arithmétique complexe
Somme : (a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i. Produit : (a+bi)·(c+di)=(ac−bd)+(ad+bc)i. Division (par conjugué) : (a+bi)/(c+di)=[(ac+bd)+(bc−ad)i]/(c²+d²). Conjugué : z̄=a−bi ; z·z̄=|z|². Module : |z|=√(a²+b²). Argument : arg(z)=atan2(b,a) ∈ (−π, π].
Forme polaire et exponentielle
z = r·(cos θ + i·sin θ) = r·e^(iθ). Formule d'Euler e^(iπ)+1=0. Multiplication : z₁·z₂=r₁·r₂·e^(i(θ₁+θ₂)) ; division : z₁/z₂=(r₁/r₂)·e^(i(θ₁−θ₂)).
Théorème de De Moivre
z^n = r^n·e^(inθ) = r^n·(cos nθ + i·sin nθ). Puissant pour puissances élevées. (1+i)^10 : r=√2, θ=π/4 → z^10=(√2)^10·e^(i·10π/4)=32·e^(iπ/2)=32i.
Racines n-ièmes
z=r·e^(iθ) a n racines : w_k=r^(1/n)·e^(i(θ+2πk)/n), k=0..n−1. Équidistantes sur cercle de rayon r^(1/n), sommets d'un n-gone régulier. Racines cubiques de 1 : 1, −1/2+(√3/2)i, −1/2−(√3/2)i. Racines n-ièmes de l'unité e^(2πik/n) forment groupe cyclique.
Applications
Électrotechnique (impédance Z=R+iωL−i/(ωC)) ; physique quantique (fonction d'onde) ; traitement du signal (Fourier) ; ingénierie de contrôle (Nyquist, Bode) ; aérodynamique (Joukowski) ; géométrie (transformations de Möbius) ; fractales (Mandelbrot, Julia) ; cryptographie (courbes elliptiques).
Utilisation
Mode : Arithmétique (z₁, z₂), Polaire (a+bi ↔ r, θ), De Moivre (z, n), Racines (z, n). Valeurs décimales.
Exemple numérique
z = 3 + 4i : |z| = √(9+16) = 5, arg(z) = atan2(4,3) ≈ 53,13° (0,9273 rad). Forme polaire : z = 5·e^(i·0,9273). Conjugué z̄ = 3−4i, z·z̄ = 25. Carré : z² = (3+4i)² = 9 + 24i + 16i² = −7 + 24i. Inverse : 1/z = (3−4i)/25 = 0,12 − 0,16i. Racine carrée : √5·e^(i·0,4636) ≈ 2 + i.
Brève histoire : de Cardan à Euler et Gauss
Les nombres complexes sont nés dans l'Italie du XVIe siècle : Jérôme Cardan les rencontra en 1545 en résolvant les équations cubiques dans son Ars Magna, et Rafael Bombelli donna en 1572 les premières règles de calcul cohérentes. Ce n'est qu'avec Euler, qui introduisit le symbole i en 1777, et avec Gauss, qui leur donna une interprétation géométrique sur le plan qui porte aujourd'hui son nom, qu'ils devinrent citoyens à part entière des mathématiques. La relation d'Euler e^(iθ) = cosθ + i·sinθ produit, pour θ = π, l'identité e^(iπ) + 1 = 0.
Applications : des circuits à la quantique
En électrotechnique, l'impédance d'un circuit en courant alternatif est un nombre complexe Z = R + iX qui unifie résistance et réactance. En traitement du signal, la transformée de Fourier décompose tout signal en exponentielles complexes et fonde MP3, JPEG et les télécommunications. En mécanique quantique, les amplitudes de probabilité sont intrinsèquement complexes : le module au carré |ψ|² donne la probabilité observable.
Mis à jour en juillet 2026
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