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Komplexe Zahlen-Logarithmus?

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Tags: Komplexe Zahlen, Logarithmus, Natürlicher Logarithmus

 
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Sarah11

Sarah11 aktiv_icon

16:24 Uhr, 20.01.2012

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Hallo;-) Existiert in den komplexen Zahlen der Logarithmus oder lediglich nur der ln?



Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Hierzu passend bei OnlineMathe:
Logarithmusfunktion (Mathematischer Grundbegriff)
Rechnen mit Logarithmen
ln-Funktion (Mathematischer Grundbegriff)

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
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Sina86

Sina86

17:11 Uhr, 20.01.2012

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Der existiert auch auf den komplexen Zahlen... Und wie :-)

Siehe: de.wikipedia.org/wiki/Logarithmus#Komplexer_Logarithmus

Sarah11

Sarah11 aktiv_icon

17:27 Uhr, 20.01.2012

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aber es handelt ishc bei der seite aussschließlich nur zum Logarithmus zur Basis e. Existiert der Logarithmus auch zu einer Basis mit komplexen zahlen? Und wie berechnet man das?
Außerdem versteh ich die Darstellungen nicht ganz vom Logarithmus im 3D
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vulpi

vulpi aktiv_icon

17:41 Uhr, 20.01.2012

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Hallo !
Ich würd mal so sagen:

Der Logaritmus logz(a) ist die Lösung der Gleichung

zx=a
x=ln(a)ln(z)

Stellt sich nur die Frage, welchen der jeweils möglichen ln da man jetzt teilen soll :-)

lg

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Sina86

Sina86

17:56 Uhr, 20.01.2012

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Ah ok, jetzt versteh ich auch die Frage ;-) Hatte mich auch schon gewundert...
Es gibt ja eine Umrechnungsform vom beliebigen Logarithmus zum natürlichen Logarithmus:

logax=lnxlna

Da es einen komplexen natürlichen Logarithmus gibt, lässt sich dies nun auch auf komplexe Zahlen x und a erweitern. Das klingt für mich zumindest einleuchtend und logisch und ist auch so, soweit ich informiert bin. Persönlich mich damit beschäftigt hab ich mich jedoch nie...

Die 3D-Grafik in Wikipedia sagt lediglich etwas über die Eindeutigkeit aus. Jede komplexe Zahl lässt sich darstellen als

reiφ=r(cosφ+isinφ)=z

Jede komplexe Zahl kann so dargestellt werden, jedoch nicht eindeutig. So ist für r=0 für jedes φ:z=0. Hat man ein φ gegeben, so ist auch
z=rei(φ+2kπ),k wegen der Periodizität von sin,cos.

Und ebendso ist z=areiφ=arei(φ+2kπ). Der komplexe Logarithmus loga liefert dann also unendlich viele Lösungen (im Gegensatz zum reellen Logarithmus). Daher schränkt man dann das Bild ein (lässt also z.B. nur πφπ) zu, dann hat man ein sogenanntes Blatt vom Logarithmus (hier speziell das "Hauptblatt") und es entsteht eine vernünftige Funktion. Jedoch kann ich die Einschränkung auch auf -π+kπφπ+kπ,k machen, dies ist dann das k-te Blatt vom Log.

In der Zeichnungen ist nun der "Graph" des Log eingezeichnet mit unterschiedlichen Blättern (in unterschiedlichen Farben), dies hat man wohl gemacht, weil die Blätter so schön glatt ineinenader übergehen...

Dasselbe mach man übrigens auch beim cos und sin, denn es gibt ja die Umkehrfunktionen arccos bzw. arcsin, die es ja eigentlich nicht geben dürft, das Kosinus und Sinus nicht injektiv sind. Aber man schränkt die Funktionen auf einen Bereich ein, auf dem sie injektiv sind und dann funktionierts. Dasselbe macht man hier quasi auch.
Antwort
Sina86

Sina86

18:04 Uhr, 20.01.2012

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lna=rei(φ+2kπ)
lnz=sei(ψ+2mπ)
Also
lnalnz=rei(φ+2kπ)sei(ψ+2mπ)=rsei(φ+2kπ-ψ-2mπ)=rsei(φ-ψ+2(k-m)π)=logaz

Welche Logarithmen man verwendet ist also egal, denn auch loga hat unendlich viele Blätter und man bekommt als Ergebnis halt ein Blatt raus. Verwendet man jedoch dasselbe Blatt von ln (was meiner Meinung nach auch die einzig sinnvolle Wahl ist, eigentlich verwendet man ja das Hauptblatt), also k=m (für das Hauptblatt k=m=0), so erhält man automatisch das Hauptblatt von loga.
Frage beantwortet
Sarah11

Sarah11 aktiv_icon

09:36 Uhr, 22.01.2012

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Dankeschön!! ;-)