Name: complex numbers as vectors in polar form
Uploaded: 2024-11-21T14:54:13.000Z
Duration: 1 min 16 s
Channel: JoVE

Los números complejos, descritos en coordenadas cartesianas, se pueden representar como vectores. Estos se pueden expresar en forma polar, mostrando su magnitud y ángulo.
Cuando se introducen números complejos en una función, el resultado es otro número complejo. Esto pone de relieve una característica clave: el punto cero de la función, a partir del cual se puede originar la representación vectorial.
Considere una función definida como el numerador de factores complejos producto dividido por el producto del denominador.
Dado que cada factor complejo es esencialmente un vector, la magnitud de la función en cualquier punto se calcula como el producto de las longitudes cero dividido por el producto de las longitudes de los polos.
El ángulo de la función se calcula como la suma de los ángulos cero restados de la suma de los ángulos de los polos. Estos ángulos se miden a partir de la extensión positiva del eje real de los vectores trazados desde el cero o polo de la función hasta el punto dado.
Para resolver una función compleja en un punto específico, se calculan vectores que se originan a partir de los ceros y polos de la función, terminando en el punto elegido. La sustitución de ecuaciones vectoriales proporciona la magnitud y el ángulo.

representación vectorial de números complejos

Los números complejos, representados en coordenadas cartesianas, también se pueden visualizar como vectores. Estos vectores se pueden expresar en forma polar, destacando su magnitud y ángulo. Cuando se introduce un número complejo en una función, la salida es otro número complejo, que resalta el punto cero de la función a partir del cual se puede originar la representación vectorial.
Consideremos una función definida como el producto de los factores complejos del numerador dividido por el producto de los factores complejos del denominador. Cada factor complejo, visto como un vector, permite calcular la magnitud de la función en cualquier punto como el producto de las magnitudes de los vectores a partir de los ceros, dividido por el producto de las magnitudes de los vectores a partir de los polos.
El ángulo de la función en cualquier punto se determina por la suma de los ángulos de los vectores desde los ceros menos la suma de los ángulos de los vectores desde los polos. Estos ángulos se miden desde el eje real positivo hasta los vectores trazados desde los ceros o polos de la función hasta el punto de interés.
Para resolver una función compleja en un punto específico, se trazan vectores desde cada cero y polo de la función hasta el punto elegido. Las magnitudes y los ángulos de estos vectores se utilizan luego para determinar el valor de la función en ese punto. La magnitud de la función es el producto de las longitudes de los vectores desde los ceros dividido por el producto de las longitudes de los vectores desde los polos. El ángulo de la función se encuentra restando la suma de los ángulos desde los polos de la suma de los ángulos desde los ceros.
Sustituyendo estas ecuaciones vectoriales en la función, se puede obtener tanto la magnitud como el ángulo de la función en el punto especificado. Este enfoque permite un análisis integral de funciones complejas, brindando información sobre su comportamiento y propiedades mediante el uso de la representación vectorial en forma polar.

Representación vectorial de números complejos

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Vector Representation of Complex Numbers

complex numbers as vectors in polar form

Complex numbers can be shown as vectors, not just as points in Cartesian coordinates. In polar form, a vector is described by its magnitude, or length, and its angle. This makes complex numbers easier to compare by size and direction.

The same idea also helps describe complex functions. When a complex number goes into a function, the output is another complex number. The function can be viewed as having a zero point, and the vector picture starts from that point.

For a function written as a product of complex factors in the numerator divided by a product of complex factors in the denominator, each factor can be treated like a vector. The magnitude of the function at any point is found by multiplying the lengths of the vectors from the zeros and dividing by the lengths of the vectors from the poles. A zero is a point where the function can start, and a pole is a point where the denominator creates a special point in the function.

The angle of the function is found in a similar way. It is the sum of the angles from the zeros minus the sum of the angles from the poles. These angles are measured from the positive real axis to the vectors drawn from each zero or pole to the point of interest.

To solve the function at a specific point, vectors are drawn from every zero and pole to that point. Their magnitudes and angles are then used to calculate the value of the function. By replacing the function with these vector equations, both the magnitude and angle at the chosen point can be found.

Complex Numbers as Vectors in Polar Form

control system problem

Root Locus and Closed-Loop Stability

Root locus and closed-loop stability are key ideas in control systems. A basic thermostat is an open-loop system, so its transfer function poles affect the response but do not set stability. When feedback is added, the system becomes closed-loop, like an advanced thermostat that changes heating based on room temperature. In a closed-loop system, stability depends on the new poles of the closed-loop transfer function. If those poles move into the unstable region, the system can start to...

vector representation of complex numbers

Complex numbers can be shown as vectors, not just as points in Cartesian coordinates. In polar form, a vector is described by its magnitude, or length, and its angle. This makes complex numbers easier to compare by size and direction. The same idea also helps describe complex functions. When a complex number goes into a function, the output is another complex number. The function can be viewed as having a zero point, and the vector picture starts from that point. For a function written as a...

root-locus method

Cruise Control Stability with Root Locus

Root locus helps show how cruise control stays stable as conditions change. In a car, cruise control keeps a set speed by adjusting the gas pedal automatically. It keeps checking the car’s speed and makes small pedal changes to hold that target speed. This system can be drawn as a block diagram, and its transfer function gives the math model. The model is useful when the car goes uphill, downhill, or faces strong wind resistance. To find the system poles for different pedal forces, the...

properties of the root locus

Root Locus Angle and Gain Rules

Root locus angle and gain rules help analyze higher-order control systems. The method works without factoring the denominator of the transfer function. It is especially useful for unity feedback systems, where the transfer function can be studied by tracking how poles and zeros shape the response. A pole is a point where the characteristic polynomial in the denominator of the transfer function equals zero. To check whether a point lies on the root locus, use the angle criterion. Add the angles...

construction of root locus

Root Locus Paths and Asymptotes

Root locus paths and asymptotes show how closed-loop poles move as gain changes. This method helps students track system stability by following the pole locations on a graph. It also shows where the poles start, where they may end, and how they travel in between. The number of root locus branches equals the number of closed-loop poles. The plot is symmetric about the real axis. For positive gain, the root locus lies on the real axis to the left of an odd number of finite open-loop poles or...

plotting and calibrating the root locus

Root Locus Breakaway and Stability Points

Root locus analysis tracks how system poles move as gain changes. It shows when poles leave the real axis, move into the complex plane, and affect stability. For high school students studying control systems, the key ideas are breakaway points, break-in points, and jω-axis crossings. Breakaway points are locations where the root locus leaves the real axis. Break-in points are locations where it returns to the real axis. At either type of point, the branches meet the real axis at an angle of...

root loci for positive-feedback systems

Root Locus Rules for Oscillator Feedback

Root locus rules help describe how oscillator feedback systems behave as gain changes. The Hartley oscillator is one example of a positive feedback system. It keeps oscillating by feeding the output back to the input in phase, which reinforces the signal. Positive feedback systems can also be treated as negative feedback systems with the feedback signal inverted. In root locus analysis, the locus is the set of points on the s-plane where the transfer function angle equals 360 degrees. The...

key terms and concepts

Learn how complex numbers can be treated as vectors in polar form, and how zeros, poles, magnitude, and angle help evaluate complex functions.

Complex Numbers as Vectors in Polar Form | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

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Complex Numbers as Vectors in Polar Form

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