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Números complexos Números complexos são uma extensão de números ordinários e são uma parte integral do moderno sistema numérico. Os números complexos, em especial os imaginários, não são “irreais”. Sua utilidade é inegável, e basta colocá-los em uso para torná-los aceitáveis. (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 1 / 25 Números complexos No livro texto, o aluno encontra notas históricas sobre o surgimento dos números complexos. Falando de uma forma simples, mesmo que não estritamente exata, é útil verificar que: Em sistemas elétricos com elementos resistivos, a energia elétrica pode ser transformada em calor ou luz, deixando de ser elétrica. Mas também, através de elementos reativos (capacitores e indutores) a energia elétrica pode ser armazenada, sem deixar de ser elétrica. (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 2 / 25 Números complexos Esses fenômenos ocorrem simultaneamente. Aqueles relacionados a resistores, ou à conversão de energia de um modo geral, são representados por números reais, e aqueles relacionados aos elementos reativos são representados por números imaginários. (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 3 / 25 Números complexos Em circuitos submetidos a corrente alternada, ou sujeito a transitórios, existe uma velocidade com que a energia flui entre os componentes. Termos como frequência e constante de tempo são comuns quando trabalha-se com circuitos e número complexos. (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 4 / 25 Álgebra de Números Complexos O número complexo (a, b) ou a + jb pode ser representado graficamente por um ponto cujas coordenadas cartesianas são (a, b) em um plano complexo. Vamos chamar esse número complexo de z, tal que z = a + jb (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 5 / 25 Álgebra de Números Complexos Os números a e b (a abscissa e a ordenada) de z são a parte real e a parte imaginária, respectivamente, de V. Eles também podem ser expressos por Re z = a Im z = b (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 6 / 25 Álgebra de Números Complexos Os números complexos também pode ser expressos em termos de coordenadas polares. Se (r , θ) são as coordenadas polares de um ponto z = a + jb então a = r cos (θ) b = r sen (θ) e z = a + jb = r cos (θ) + jr sen (θ) = r (cos θ + j sen θ) (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 7 / 25 Fórmula de Euler Fórmula de Euler e jθ = cos θ + j sen θ aplicando em z = r (cos θ + j sen θ), tem-se z = re jθ (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 8 / 25 Fórmula de Euler Um número complexo z pode ser expresso na forma Cartesiana Polar ou z = a + jb z = re jθ sendo a = r cos (θ), r= (ICET) p a2 + b 2 , b = r sen (θ) θ = tan−1 Princı́pios de Comunicação   b a 2017 9 / 25 Fórmula de Euler Módulo de um número complexo z r é a distância do ponto z à origem, sendo representado por |z|. Ângulo de um número complexo z θ é chamado de ângulo de z, e representado por z então z = |z|e j z e 1 1 1 1 −j z = e −jθ = = e jθ z r |z| r e (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 10 / 25 Conjugado de um número complexo Conjugado de um número complexo z z ∗ = a − jb = r e −jθ z ∗ = |z|e −j z Para determinar o conjugado de qualquer número, precisamos apenas substituir j por −j no número (sendo o mesmo que alterar o sinal de seu ângulo). (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 11 / 25 Conjugado de um número complexo Soma de um número complexo e seu conjugado É um número real igual a duas vezes a parte real do número. z + z ∗ = (a + jb) + (a − jb) = 2a = 2 Rez (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 12 / 25 Conjugado de um número complexo Produto de um número complexo e seu conjugado É um número real |z|2 , o quadrado do módulo do número: zz ∗ = (a + jb) · (a − jb) = a2 + b 2 = |z|2 (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 13 / 25 Identidades úteis r e jθ representa um ponto a uma distância r da origem e com um ângulo θ do eixo horizontal. (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 14 / 25 Identidades úteis O número −1 está a uma distância unitária da origem e possui um ângulo π ou −π (ou qualquer múltiplo ı́mpar de ±π), (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 15 / 25 Identidades úteis Portanto: 1 e ±jπ = −1 e (ICET) 1 e ±jnπ = −1 n inteiro ı́mpar Princı́pios de Comunicação 2017 16 / 25 Identidades úteis O número 1, também está a uma distância unitária da origem, mas possui ângulo 2π (±2nπ, para qualquer valor inteiro de n). (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 17 / 25 Identidades úteis Portanto, 1 e ±j2nπ = −1 n inteiro (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 18 / 25 Identidades úteis O número j está a uma distância unitária da origem e seu ângulo é π/2. Portanto e jπ/2 = j (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 19 / 25 Identidades úteis Para −j: Portanto e −jπ/2 = −j (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 20 / 25 Identidades úteis E assim e ±jπ/2 = ±j (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 21 / 25 Identidades úteis e (ICET) ±jnπ/2 =  ±j ∓j n = 1, 5, 9, 13, · · · n = 3, 7, 11, 15, · · · Princı́pios de Comunicação 2017 22 / 25 Fórmula de Euler Como já vimos, a função exponencial com base e é importante para descrever mudanças de estado em circuitos elétricos. A descarga de um capacitor envolve transformar energia elétrica armazenada em um campo elétrico em calor no resistor. VC = V (0) · e −t/RC onde V (0) é a tensão inicial através do capacitor e o produto RC é a constante de tempo do circuito. Quanto maior, mais lenta é a descarga. (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 23 / 25 Fórmula de Euler Quando o circuito possui capacitores e indutores, ou quando é excitado por sinais alternados, a energia, ou parte dela, muda de estado de forma cı́clica. Em um tanque LC paralelo ideal (sem perdas), a energia inicial flui de um √ componente a outro, com perı́odo t = 2π LC , por um tempo infinito. Essas mudanças de estado podem ser representadas com o auxı́lio da “fórmula de Euler”. e jθ = cos θ + j sen θ (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 24 / 25 Fórmula de Euler Considerando θ constante: de jθ = je jθ dθ d 2 e jθ = −e jθ dθ2 d 3 e jθ = −je jθ dθ3 d 4 e jθ = e jθ dθ4 (ICET) Princı́pios de Comunicação 2017 25 / 25