Hola
¿Por qué
\( \arctg\displaystyle\frac{b}{a}=\alpha \)
\( \arctg\displaystyle\frac{-b}{-a}=\alpha+180^º \)
\( \arctg\displaystyle\frac{b}{-a}=180^º-\alpha \)
\( \arctg\displaystyle\frac{-b}{a}=360^º-\alpha \)
El primer caso está claro, y mi intento es que algo tiene que ver con la fase principal de un complejo.
Es que esas igualdades no son ciertas; o al menos son muy matizables. La primera igualdad no dice nada; le pone un nombre al arcotangente de un cociente.
Ahora
por definición, y en principio, el arcotangente de un número es al ángulo cuya tangente es ese número, es decir,
\( arctan(y)=x\quad \Longleftrightarrow{}\quad y=tan(x) \)
El problema es que la tangente es peródica y hay muchos ángulos distintos con el mismo tangente. Por ejemplo
\( tan(\pi/4)=tan(\pi/4+\pi)=tan(\pi/4-\pi)=tan(\pi/4+2\pi)=tan(\pi/4-2\pi)=\ldots=1 \)
Entonces \( artan(1) \) podría ser \( \pi/4 \) ó \( \pi/4+\pi \)i ó \( \pi/4-\pi \) etcétera... (se le puede sumar cualquier múltiplo de \( \pi \)). Por convenio suele escogerse el ángulo en el intervalo \( [-\pi/2,\pi/2) \).
Entonces de cara a usar esto para calcular el argumento de un número complejo, es que no permite disitinguir el primer cuadrante del tercero o el segundo del cuarto. Es decir si calculamos el argumento de un complejo \( a+bi \) como \( arctan(b/a) \), nos daría lo mismo el de \( 1+i \) que el de \( -1-i \). Y es ahí donde tienen sentido igualdades del estilo de las que ponías al principio.
- Si \( a,b>0 \) estamos en el primer cuadrante y entonces \( arg(a+bi)=arctan(b/a) \).
- Si \( a,b<0 \) estamos en el tercer y entonces \( arg(a+bi)=-\pi+arctan(b/a) \).
- Si \( a<0,b>0 \) estamos en el segundo cuadrante y entonces \( arg(a+bi)=\pi+arctan(b/a) \).
- Si \( a>0,b<0 \) estamos en el cuarto cuadrante y entonces \( arg(a+bi)=arctan(b/a) \).
Entendiendo que el argumento (principal) lo queremos definir en \( (-\pi,pi] \). Podría haber otros convenios.
En concreto: ¿por qué arco tangente es el inverso de la función tangente?;
¡Por definición! Esa es justa la definición de arco tangente: la inversa de la función tangente.
¿y qué relación tiene con la fase principal de un complejo entre \( -\pi<\theta\leq{\pi} \)?.
Eso es lo que he explicado antes.
Saludos.