5.2 Rechenregeln für komplexe Zahlen

Addition:

Für die Addition von zwei Zeigern gilt

r1 + r2 = (a1 + jb1) + (a2 + jb2) = (a1 + a2) + j(b1 + b2)
(5.2.1)


PIC

PIC


Abbildung 5.2.1: Addition und Subtraktion komplexer Zahlen

Subtraktion:

Für die Subtraktion von zwei Zeigern gilt

r1 − r2 = (a1 + jb1) − (a2 + jb2) = (a1 − a2) + j(b1 − b2)
(5.2.2)

Multiplikation:

Für die Multiplikation von zwei Zeigern in Exponentialform gilt

          jφ1   jφ2        j(φ1+φ2)
r1r2 = r1e  r2e    = r1r2e
(5.2.3)

und für die Darstellung in Komponentenform gilt

r1r2 = (a1 + jb1)(a2 + jb2) = (a1a2 − b1b2) + j(a1b2 + a2b1)
(5.2.4)

Division:

Für die Division von zwei Zeigern in Exponentialform gilt

r     rejφ1    r
-1 =  -1----=  -1ej(φ1−φ2)
r2    r2ejφ2    r2
(5.2.5)

und für die Darstellung in Komponentenform gilt

r1    (a1 +-jb1)-   a1a2 +-b1b2    a2b1 −-a1b2
r2 =  (a2 + jb2) =    a22 + b22  + j   a22 + b22
(5.2.6)

Potenzieren:

Ein Zeiger wird in die n-te Potenz erhoben

 n   (    jφ)n    n  jnφ    n ⁄
r- =  r ⋅ e    = r e    = r  - nφ
(5.2.7)

Radizieren:

Aus einem Zeiger wird in die n-te Wurzel gezogen

n√ --  n√ ----jφ-   n√ -- jφ∕n   √n-⁄
  r =   r ⋅ e =    r ⋅ e   =   r φ ∕n
(5.2.8)

Differenzieren:

Die Differentiation eines Zeigers nach dem Drehwinkel φ liefert

 dr-   d  (      )   dr         d
--- =  --- r ⋅ ejφ =  ---ejφ + r---ejφ
d φ    dφ            dφ        dφ
(5.2.9)

Unter der Annahme, daß die Zeigerlänge konstant bleibt, gilt

dr-
dφ  = 0
(5.2.10)

und damit bekommen wir als Ergebnis

dr-=  r-d-ejφ = r ⋅ j ⋅ ejφ = jr
dφ     dφ                   --
(5.2.11)

Durch die Differentiation wird der Ursprungszeiger mit j multipliziert, d.h. um den Winkel +90 = +π∕2 (gegen den Uhrzeiger) gedreht.

Integrieren:

Die Integration eines Zeigers über dem Drehwinkel φ liefert

∫        ∫              ∫
               jφ          jφ       1- jφ    1-
  rd φ =   r ⋅ e dφ =  r  e  dφ  = rj e  =  jr-= − jr-
(5.2.12)

Durch die Integration wird der Ursprungszeiger mit j multipliziert, d.h. um den Winkel 90 = π∕2 (im Uhrzeigersinn) gedreht.

Gleichung:

Komplexe Gleichungen in Komponentenform

a1 + jb1 = a2 + jb2
(5.2.13)

zerfallen grundsätzlich in 2 getrennte reelle Gleichungen für

a1  =  a2

b1  =  b2                            (5.2.14)

Entsprechendes gilt für Gleichungen in Exponentialform!