题目
15.求Ln(-i),Ln(-3+4i)和它们的主值.
15.求Ln(-i),Ln(-3+4i)和它们的主值.
题目解答
答案
1. **计算 $ \text{Ln}(-i) $**
模 $ |z| = 1 $,幅角 $ \arg(-i) = -\frac{\pi}{2} + 2k\pi $。
\[
\text{Ln}(-i) = (2k - \frac{1}{2})\pi i, \quad \text{主值为 } -\frac{\pi}{2}i.
\]
2. **计算 $ \text{Ln}(-3 + 4i) $**
模 $ |z| = 5 $,幅角 $ \arg(-3 + 4i) = \pi - \arctan \frac{4}{3} + 2k\pi $。
\[
\text{Ln}(-3 + 4i) = \ln 5 + i \left[ -\arctan \frac{4}{3} + (2k + 1)\pi \right],
\]
主值为 $ \ln 5 + i \left( \pi - \arctan \frac{4}{3} \right) $。
\[
\boxed{
\begin{array}{ll}
1. & (2k - \frac{1}{2})\pi i, \text{主值为 } -\frac{\pi}{2}i; \\
2. & \ln 5 - i \arctan \frac{4}{3} + (2k + 1)\pi i, \text{主值为 } \ln 5 + i \left( \pi - \arctan \frac{4}{3} \right).
\end{array}
}
\]
解析
复数对数函数的求解关键在于确定复数的模和辐角:
- 模:计算复数的模长,即$|z| = \sqrt{a^2 + b^2}$(对于$z = a + bi$)。
- 辐角:确定复数的辐角$\arg(z)$,需根据复数所在象限调整到主值范围$(-\pi, \pi]$或$[0, 2\pi)$。
- 一般形式:$\text{Ln}(z) = \ln|z| + i(\arg(z) + 2k\pi)$,其中$k$为整数。
- 主值:取$k=0$时的辐角,即$\text{Arg}(z)$,代入得主值$\ln|z| + i\text{Arg}(z)$。
1. 计算 $\text{Ln}(-i)$
模长计算
$|-i| = \sqrt{0^2 + (-1)^2} = 1$。
辐角分析
复数$-i$位于虚轴负方向,主辐角为$\text{Arg}(-i) = -\frac{\pi}{2}$(或$\frac{3\pi}{2}$,但主值取$-\frac{\pi}{2}$)。
一般形式
$\text{Ln}(-i) = \ln(1) + i\left(-\frac{\pi}{2} + 2k\pi\right) = (2k - \frac{1}{2})\pi i$。
主值
取$k=0$,主值为$-\frac{\pi}{2}i$。
2. 计算 $\text{Ln}(-3 + 4i)$
模长计算
$|-3 + 4i| = \sqrt{(-3)^2 + 4^2} = 5$。
辐角分析
复数$-3 + 4i$在第二象限,参考角为$\arctan\left(\frac{4}{3}\right)$,主辐角为$\text{Arg}(-3 + 4i) = \pi - \arctan\left(\frac{4}{3}\right)$。
一般形式
$\text{Ln}(-3 + 4i) = \ln(5) + i\left[\pi - \arctan\left(\frac{4}{3}\right) + 2k\pi\right]$,可整理为:
$\ln 5 + i\left[-\arctan\left(\frac{4}{3}\right) + (2k + 1)\pi\right].$
主值
取$k=0$,主值为$\ln 5 + i\left(\pi - \arctan\left(\frac{4}{3}\right)\right)$。