Los números complejos pueden sonar intimidantes a primera vista. Para muchos, la palabra "imaginario" genera confusión, haciendo que parezca un concepto abstracto sin utilidad práctica. Sin embargo, estos números son una extensión natural de los números reales y tienen aplicaciones en ingeniería, física, informática y matemáticas avanzadas. En este artículo, os enseñaré de manera clara qué son los números complejos, cómo se representan y cómo podéis empezar a trabajar con ellos sin complicaciones.

1. ¿Qué es un número complejo?

Un número complejo es una combinación de un número real y un número imaginario. Se expresa generalmente como:

z = a+bi

donde:

• a es la parte real.

• b es la parte imaginaria.

• i es la unidad imaginaria, definida por i²=−1

Por ejemplo:

z = 3+4i

Aquí, 3 es la parte real y $4$ la parte imaginaria. Aunque los números imaginarios pueden parecer "irreales", en realidad son esenciales para resolver ecuaciones que no tienen solución dentro de los números reales, como x²+1=0.

2. Historia breve de los complejos

Los números complejos surgieron durante el Renacimiento como una solución a problemas de álgebra que involucraban raíces cuadradas de números negativos. Matemáticos como Rafael Bombelli y Gerolamo Cardano fueron pioneros en su estudio. Durante siglos fueron considerados "imaginarios" en un sentido peyorativo, hasta que en el siglo XIX se comprendió su utilidad en la resolución de problemas físicos y matemáticos complejos.

3. Representación de los números complejos

Los complejos se pueden representar de dos formas principales: forma binómica y forma polar.

3.1 Forma binómica

Es la forma que hemos visto antes: z=a+bi. Esta forma es útil para sumas y restas de números complejos.

Ejemplo:

z1 = 2+3i, z2 = 1−4i

Suma:

z1+z2 = (2+1) + (3−4)i = 3−i

Resta:

z1−z2 = (2−1) + (3−(−4))i = 1+7i

3.2 Forma polar

Un número complejo también puede representarse en términos de módulo y argumento:

z=r(cos⁡θ+isin⁡θ)

donde:

• r=sqrt(a²+b²) es el módulo, o la "distancia" del número complejo al origen.

• θ=arctan⁡(b / a) es el argumento, o el ángulo que forma el número con el eje real.

La forma polar es especialmente útil para multiplicaciones, divisiones y potencias de números complejos.

4. Operaciones con complejos

Al igual que con los números reales, los números complejos permiten varias operaciones, pero hay algunas particularidades.

4.1 Suma y resta

Se suman o restan las partes reales e imaginarias por separado:

(a+bi) + (c+di) = (a+c) + (b+d)i

(a+bi) − (c+di) = (a−c) + (b−d)i

4.2 Multiplicación

Se aplica la distributiva y se recuerda que i²=−1:

(a+bi)(c+di) = ac+adi+bci+bdi² = (ac−bd)+(ad+bc)i

Ejemplo:

(2+3i)(1+4i) = 2∗1−3∗4+(2∗4+3∗1)i = −10+11i

4.3 División

Para dividir, se multiplica numerador y denominador por el conjugado del denominador:

(a+bi) / (c+di) = (a+bi)(c−di) / (c+di)(c−di) = ((ac+bd)+(bc−ad)i) / (c²+d²)

4.4 Conjugado de un número complejo

El conjugado se obtiene cambiando el signo de la parte imaginaria:

z' = a−bi

El conjugado es útil para simplificar divisiones y calcular módulos:

z⋅z' = a²+b² = ∣z∣²

5. Potencias y raíces de números complejos

La forma polar facilita la elevación a potencias y el cálculo de raíces. Según la fórmula de De Moivre:

zⁿ = rⁿ(cos⁡(nθ)+isin⁡(nθ))

Para raíces:

sqrt[n](z) = sqrt[n](r)(cos((θ + 2kπ) / n) + isin((θ + 2kπ) / n))) k = 0, 1,..., n-1

Estas fórmulas muestran que un número complejo puede tener varias raíces distintas, distribuidas uniformemente en el plano complejo.

6. Aplicaciones de los números complejos

Aunque puedan parecer abstractos, los números complejos tienen aplicaciones muy concretas:

6.1 Ingeniería eléctrica

Se usan para analizar circuitos de corriente alterna, representando tensión y corriente como números complejos, donde la parte real indica magnitud y la imaginaria el desfase.

6.2 Física

En mecánica cuántica y teoría de ondas, las funciones de onda se expresan mediante números complejos, facilitando cálculos de amplitud y fase.

6.3 Informática

Se emplean en procesamiento de señales y algoritmos de transformadas de Fourier, esenciales en compresión de audio e imagen.

6.4 Matemáticas y resolución de ecuaciones

Los números complejos permiten resolver ecuaciones polinómicas que no tienen solución real, ampliando así el campo de estudio del álgebra.

7. Representación gráfica en el plano complejo

Cada número complejo puede representarse como un punto en un plano cartesiano:

• Eje X: parte real.

• Eje Y: parte imaginaria.

El número z=3+4i se sitúa en el punto (3, 4). La distancia al origen es el módulo r=5 y el ángulo con el eje X es θ=arctan⁡(4/3).

Esta representación geométrica ayuda a visualizar operaciones como suma, resta y multiplicación, y hace más intuitivo el concepto de magnitud y ángulo.

8. Consejos para empezar a trabajar con números complejos

• Siempre identifica la parte real y la imaginaria.

• Usa la forma binómica para sumas y restas, y la forma polar para multiplicaciones, divisiones y potencias.

• Practica operaciones con conjugados y calcula módulos para familiarizarte con la geometría del plano complejo.

• Utiliza herramientas digitales como GeoGebra o calculadoras científicas para comprobar resultados.

9. Errores comunes al trabajar con complejos

• Confundir la parte real con la imaginaria.

• Olvidar que i²=−1.

• No aplicar correctamente la fórmula de De Moivre.

• Ignorar que la división requiere el conjugado del denominador.

La práctica constante y la revisión paso a paso de las operaciones ayudan a evitar estos errores.

10. Resumen

Los números complejos son una extensión natural de los números reales y abren la puerta a un mundo más amplio de aplicaciones matemáticas, físicas e ingenieriles. Con ellos, puedes resolver ecuaciones imposibles en los números reales, analizar fenómenos ondulatorios, modelar circuitos eléctricos y mucho más. La clave está en comprender las partes real e imaginaria, dominar las operaciones básicas y familiarizarse con la representación gráfica.

Aunque al principio puedan parecer abstractos, trabajar con números complejos se vuelve intuitivo con práctica. Empezar con ejemplos sencillos y poco a poco avanzar hacia aplicaciones más complejas os permitirá dominar esta herramienta matemática tan poderosa.

Aprender a manejar los números complejos no solo enriquece tu conocimiento matemático, sino que también desarrolla habilidades de análisis, razonamiento lógico y capacidad de abstracción, aplicables en muchos campos de la ciencia y la tecnología.

Aprende sobre Fundamentos del Álgebra con Aprende Matemáticas desde Cero de Frogames Formación

Si te ha interesado lo que te hemos contado en este post, te encantará saber que puedes profundizar en este tema y en todos los conceptos relacionados con los fundamentos del álgebra a través del curso Aprende Matemáticas desde Cero – Fundamentos del Álgebra. Este curso está pensado para quienes quieren empezar desde cero y avanzar con paso firme, aprendiendo de forma sencilla y práctica.

Además, este curso forma parte de la ruta de aprendizaje Aprende Matemáticas desde Cero, una serie de formaciones diseñadas para cubrir diferentes áreas de las matemáticas, desde aritmética hasta álgebra y más allá. Con esta colección, podrás ir construyendo tus conocimientos de manera progresiva y aplicarlos con confianza tanto en estudios como en situaciones cotidianas.

Si quieres dominar los fundamentos matemáticos que sustentan las ecuaciones y otros conceptos esenciales, esta ruta formativa es una opción perfecta para vosotros. ¡No dejéis pasar la oportunidad de aprender y mejorar vuestras habilidades matemáticas!

¡Nos vemos en clase!