Autor Tema: Logaritmo y exponencial de un complejo + raíz n-ésima

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29 Septiembre, 2018, 03:43 pm
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Heizo

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Hola y muy buenas tardes a todos. Vengo a contaros un par de problemillas que me han surgido.

Lamentablemente no he podido unirme al curso todavía por temas de trabajo por lo que es posible que las dudas sean una tontería y se deban a algún error de concepto o algo que haya pasado por alto.

Gracias de antemano  :D


1 - En primer lugar me encuentro con el siguiente problema:

Defino mi número complejo \( z = 8 -4i \)

A continuación, defino \( w = z ^ \frac{1}{3} \) y realizo la siguiente operación: \( w^3 \) por lo que mi resultado final es nuevamente \( z \)
Hasta aquí todo correcto.

Ahora defino \( w = exp(z) \) y realizo \( log(w) \) y es aquí donde surge el problema.

En teoría mi valor debería a volver a ser z pero no es así. La pista que tenemos para encontrar el por qué es realizar la diferencia entre \( z \) y \( log(w) \) que me devuelve el valor que debo sumarle a \( log(w) \) para obtener \( z \)

¿Esto a que se debe?

Hay que tener en cuenta que:

- Si realizo las operaciones a mano, paso a paso, la solución es correcta y no tengo ningún problema.
- Los ejercicios los realizo a través de un servidor de SageMath por lo que no puedo ver qué ocurre en realidad.

Por tanto, ¿es posible que simplemente Sage no sepa operar correctamente el logartimo de números complejos?

A continuación os incluyo unas imágenes:







2 - En segundo lugar me solicitan lo siguiente:

Dibujar un hexágono regular de raíces, de manera que haya alguna raíz en el eje vertical.

Aquí supongo un complejo \( z = a + bi \) cuya raíz se encuentre en un punto \( (0,y) \) de forma que dando un valor cualquiera a \( y \) obtengo un punto donde quiero. A partir de aquí, obtengo el resto de raíces que tienen mismo módulo pero el argumento varía en \( 2 pi \) sin embargo no consigo obtener mi complejo \( z \) para que al aplicarle las raíces en Sage me dibuje el hexágono.


29 Septiembre, 2018, 06:52 pm
Respuesta #1

I am Bo

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Buenas,

1 - Según la documentación de Sage:

Citar
Complex logarithm of \( z \) with branch chosen as follows: Write \( z = \rho e^{i \theta} \)  with \( -\pi < \theta <= \pi \). Then \( \mathrm{log}(z) = \mathrm{log}(\rho) + i \theta \).

Lo que tienes marcado en rojo es el argumento en radianes de \( w \).

2 - Un manera que se me ocurre es la siguiente.
Tomamos un número complejo, de módulo uno nos sirve, \( e^{i\,\theta} \). Si calculamos sus raíces sextas tenemos que son:

\( w_k=e^{i\,(\theta/6+2\pi\,k/6)},\quad k=0,\dots,5 \)

La primera raíz es para \( k=0 \), el argumento de esa raíz es \( \theta/6 \) y como te interesa que esté situada en el eje complejo tendría que valer \( \pi/2 \) (también \( -\pi/2 \)), para que eso ocurra \( \theta=3\pi \).
Si le quitas una vuelta tienes que \( \theta=\pi \) (ahora será la segunda raíz la que esté situada en el eje).
O sea, te sirve cualquier número negativo.

Saludos.

01 Octubre, 2018, 12:23 pm
Respuesta #2

Luis Fuentes

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Hola

 Hezio:  Bienvenido al foro.

 Recuerda leer y seguir  las reglas del mismo así como el tutorial del LaTeX para escribir las fórmulas matemáticas correctamente.

 En particular no incluyas enlaces a imágenes alojadas en servidores externos al foro; previamente debes de incluirlas en el mensaje como archivo adjunto. Puedes ver aquí como se hace:

 http://rinconmatematico.com/foros/index.php?topic=3659.msg14457#msg14457

 Por esta vez te lo hemos corregido desde la administración.

1 - En primer lugar me encuentro con el siguiente problema:

Defino mi número complejo \( z = 8 -4i \)

A continuación, defino \( w = z ^ \frac{1}{3} \) y realizo la siguiente operación: \( w^3 \) por lo que mi resultado final es nuevamente \( z \)
Hasta aquí todo correcto.

Ahora defino \( w = exp(z) \) y realizo \( log(w) \) y es aquí donde surge el problema.

En teoría mi valor debería a volver a ser z pero no es así. La pista que tenemos para encontrar el por qué es realizar la diferencia entre \( z \) y \( log(w) \) que me devuelve el valor que debo sumarle a \( log(w) \) para obtener \( z \)

¿Esto a que se debe?

Hay que tener en cuenta que:

- Si realizo las operaciones a mano, paso a paso, la solución es correcta y no tengo ningún problema.
- Los ejercicios los realizo a través de un servidor de SageMath por lo que no puedo ver qué ocurre en realidad.

Por tanto, ¿es posible que simplemente Sage no sepa operar correctamente el logartimo de números complejos?

 La clave está en que el logaritmo complejo no es único. Es decir dado un número complejo \( z \) existen infinitos complejos \( w \) tales que \( e^{w}=z \) porque \( e^{w+2k\pi i}=e^w \) para \( k\in \mathbb{Z} \).

 Entonces para manejar el logaritmo complejo de forma univaludada, uno de los criterios (no es el único y no siempre es el mas conveniente) es tomar el argumentos principal, es decir, de todos los complejos \( w=a+bi \) tales que \( e^w=z \) escoger aquel tal que \( 0\leq b<2\pi \).

 Con esa definición no se cumple en general que \( log(e^z)=z \); falla si se toma cualquier complejo \( z \) con su parte imaginaria fuera del intervalo \( (0,2\pi) \). Lo único que puedes asegurarse es que \( log(e^z)-z=2k\pi i \) para algún \( k \) entero.

Saludos.