📌 Resumo teórico
Módulo e argumento
Seja \(z\ne 0\) com afixo \(P\). Um argumento de \(z\) é a amplitude \(\theta\) de um ângulo orientado com lado origem no semieixo real positivo e lado extremidade \(\dot{O}P\). Se \(\theta\) é um argumento, os outros são \(\theta+2k\pi\), \(k\in\mathbb{Z}\).
- argumento principal, \(\Arg(z)\): o argumento que pertence a \(\left]-\pi,\,\pi\right]\);
- argumento não negativo mínimo: o que pertence a \(\left[0,\,2\pi\right[\).
O número \(0\) tem módulo \(0\) e não tem argumento.
Forma trigonométrica
\(z=\rho\,e^{i\theta}=\rho\left(\cos\theta+i\sen\theta\right)\), com \(\rho=|z|\gt 0\) e \(\theta\) um argumento de \(z\)
| De algébrica para trigonométrica | De trigonométrica para algébrica |
|---|---|
| \(\rho=\sqrt{a^{2}+b^{2}}\); o ângulo de referência \(\alpha\in\left[0,\tfrac{\pi}{2}\right]\) tem \(\tg\alpha=\left|\dfrac{b}{a}\right|\); depois escolhe-se \(\theta\) no quadrante do afixo | \(a=\rho\cos\theta\) e \(b=\rho\sen\theta\) |
| Quadrante do afixo | 1.º | 2.º | 3.º | 4.º |
|---|---|---|---|---|
| \(\Arg(z)\) | \(\alpha\) | \(\pi-\alpha\) | \(-\pi+\alpha\) | \(-\alpha\) |
Sobre os eixos: \(\rho=\rho\,e^{i0}\), \(\ -\rho=\rho\,e^{i\pi}\), \(\ \rho i=\rho\,e^{i\frac{\pi}{2}}\), \(\ -\rho i=\rho\,e^{-i\frac{\pi}{2}}\) (com \(\rho\gt 0\)).
Equação de Euler: \(e^{i\pi}+1=0\) — junta os números \(0\), \(1\), \(\pi\), \(e\) e \(i\).
Igualdade, conjugado e simétrico
\(\rho_1e^{i\theta_1}=\rho_2e^{i\theta_2}\iff\rho_1=\rho_2\ \wedge\ \theta_1-\theta_2=2k\pi,\ k\in\mathbb{Z}\)
| Número | Forma trigonométrica | Afixo (em relação ao de \(z\)) |
|---|---|---|
| \(z\) | \(\rho\,e^{i\theta}\) | — |
| \(\overline{z}\) | \(\rho\,e^{-i\theta}\) | simétrico em relação ao eixo real |
| \(-z\) | \(\rho\,e^{i(\theta+\pi)}\) | simétrico em relação à origem |
| \(-\overline{z}\) | \(\rho\,e^{i(\pi-\theta)}\) | simétrico em relação ao eixo imaginário |
Um número é unitário quando \(|z|=1\), isto é, quando \(z=e^{i\theta}\); o seu afixo está na circunferência de centro \(O\) e raio \(1\).
Nota (Aprendizagens Essenciais, janeiro de 2023): as AE usam a notação \(\rho\,e^{i\theta}\), com \(e^{i\theta}=\cos\theta+i\sen\theta\), e pedem que se compare números complexos cujas imagens geométricas estão em posições simétricas em relação ao eixo real, ao eixo imaginário ou à origem.
1. Complexos unitários
Considere os números complexos \(z_1=\dfrac{5}{13}+\dfrac{12}{13}i\) e \(z_2=\sen\dfrac{\pi}{7}+i\cos\dfrac{\pi}{7}\).
Verifique que \(z_1\) e \(z_2\) são complexos unitários.
(fórmula fundamental da trigonometria). Os dois números têm módulo \(1\). \(\blacksquare\)
Um passo mais: como \(\sen\dfrac{\pi}{7}=\cos\left(\dfrac{\pi}{2}-\dfrac{\pi}{7}\right)\) e \(\cos\dfrac{\pi}{7}=\sen\left(\dfrac{\pi}{2}-\dfrac{\pi}{7}\right)\), tem-se \(z_2=e^{i\frac{5\pi}{14}}\). Atenção: \(\dfrac{\pi}{7}\) não é um argumento de \(z_2\), porque o seno está na parte real.
2. Unitários e os seus argumentos
Considere os números complexos
Mostre que:
- 2.1. \(z_1\) é um complexo unitário e indique três argumentos de \(z_1\);
- 2.2. \(z_2\) é um complexo unitário e indique o argumento principal de \(z_2\);
- 2.3. \(z_3\) é um complexo unitário e determine o argumento principal de \(z_3\).
\(\cos\theta=\dfrac{\sqrt{2}}{2}\) e \(\sen\theta=\dfrac{\sqrt{2}}{2}\), logo \(\theta=\dfrac{\pi}{4}\) é um argumento; os outros obtêm-se somando múltiplos de \(2\pi\).
usando \(\cos(2x)=2\cos^{2}x-1\) e \(\sen(2x)=2\sen x\cos x\), com \(x=\dfrac{7\pi}{12}\). Logo \(z_2=e^{i\frac{7\pi}{6}}\) e \(|z_2|=1\).
\(\dfrac{7\pi}{6}\notin\left]-\pi,\,\pi\right]\); subtraindo \(2\pi\): \(\dfrac{7\pi}{6}-2\pi=-\dfrac{5\pi}{6}\).
\(\cos\theta=\dfrac{1}{2}\) e \(\sen\theta=-\dfrac{\sqrt{3}}{2}\): o afixo está no 4.º quadrante e o ângulo de referência é \(\dfrac{\pi}{3}\).
3. Escolha múltipla: argumentos e igualdade
Em cada alínea, selecione a opção correta.
- 3.1. Qual das expressões seguintes representa um número real?
- (A) \(e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (B) \(3e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (C) \(e^{i\frac{\pi}{2}}\)
- (D) \(e^{i\pi}\)
- 3.2. Qual das expressões seguintes representa um número imaginário puro?
- (A) \(e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (B) \(3e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (C) \(e^{i\frac{\pi}{2}}\)
- (D) \(e^{i\pi}\)
- 3.3. Seja \(z=\dfrac{\sqrt{2}}{2}-\dfrac{\sqrt{2}}{2}i\). Qual é o argumento principal de \(z\)?
- (A) \(\dfrac{\pi}{4}\)
- (B) \(-\dfrac{\pi}{4}\)
- (C) \(\dfrac{7\pi}{4}\)
- (D) \(-\dfrac{7\pi}{4}\)
- 3.4. Considere o número complexo \(w=2\left(\cos\dfrac{\pi}{3}+i\sen\dfrac{\pi}{3}\right)\). Qual das opções apresenta um número complexo igual a \(w\)?
- (A) \(-2\left(\cos\dfrac{\pi}{3}+i\sen\dfrac{\pi}{3}\right)\)
- (B) \(-2\left(\sen\dfrac{\pi}{3}+i\cos\dfrac{\pi}{3}\right)\)
- (C) \(3\left(\cos\dfrac{\pi}{3}+i\sen\dfrac{\pi}{3}\right)\)
- (D) \(2\left(\cos\dfrac{7\pi}{3}+i\sen\dfrac{7\pi}{3}\right)\)
\(e^{i\pi}=\cos\pi+i\sen\pi=-1\) é real. \(e^{i\frac{\pi}{2}}=\cos\dfrac{\pi}{2}+i\sen\dfrac{\pi}{2}=i\) é imaginário puro. As opções (A) e (B) têm afixo no 1.º quadrante, fora dos eixos.
O afixo está no 4.º quadrante e \(\tg\alpha=1\), logo \(\alpha=\dfrac{\pi}{4}\) e \(\Arg(z)=-\dfrac{\pi}{4}\). Também \(\dfrac{7\pi}{4}\) é um argumento de \(z\), mas não pertence a \(\left]-\pi,\,\pi\right]\).
Dois complexos na forma trigonométrica são iguais quando têm o mesmo módulo e os argumentos diferem num múltiplo de \(2\pi\). Em (D), \(\dfrac{7\pi}{3}-\dfrac{\pi}{3}=2\pi\). Em (A) e (B), o fator \(-2\) não é um módulo (os números valem \(-1-\sqrt{3}\,i\) e \(-\sqrt{3}-i\)); em (C) o módulo é \(3\).
4. Forma trigonométrica: afixos sobre os eixos
Escreva na forma trigonométrica os números complexos seguintes.
- 4.1. \(z=4i\)
- 4.2. \(z=-3\)
- 4.3. \(z=-\dfrac{1}{2}i\)
- 4.4. \(z=-100\)
- 4.5. \(z=3i^{5}\)
- 4.6. \(z=\dfrac{2}{i}\)
- 4.7. \(z=|1+i|\times i\)
Quando o afixo está num semieixo, o módulo é a distância à origem e o argumento lê-se diretamente: \(0\) (real positivo), \(\pi\) (real negativo), \(\dfrac{\pi}{2}\) (imaginário positivo) ou \(-\dfrac{\pi}{2}\) (imaginário negativo).
- 4.1. \(4i\): semieixo imaginário positivo \(\Rightarrow 4e^{i\frac{\pi}{2}}\)
- 4.2. \(-3\): semieixo real negativo \(\Rightarrow 3e^{i\pi}\)
- 4.3. \(-\dfrac{1}{2}i\): semieixo imaginário negativo \(\Rightarrow \dfrac{1}{2}e^{-i\frac{\pi}{2}}\)
- 4.4. \(-100\) \(\Rightarrow 100e^{i\pi}\)
- 4.5. \(i^{5}=i\), logo \(3i^{5}=3i\) \(\Rightarrow 3e^{i\frac{\pi}{2}}\)
- 4.6. \(\dfrac{2}{i}=2\times(-i)=-2i\) \(\Rightarrow 2e^{-i\frac{\pi}{2}}\)
- 4.7. \(|1+i|=\sqrt{2}\), logo \(z=\sqrt{2}\,i\) \(\Rightarrow \sqrt{2}\,e^{i\frac{\pi}{2}}\)
Repare, em 4.2 e 4.4, que o módulo é \(3\) e \(100\) (e não \(-3\) e \(-100\)): o sinal "fica" no argumento \(\pi\).
5. Forma trigonométrica: afixos nos quadrantes
Escreva na forma trigonométrica os números complexos seguintes.
- 5.1. \(z=1-i\)
- 5.2. \(z=\sqrt{3}-i\)
- 5.3. \(z=-2+2\sqrt{3}\,i\)
- 5.4. \(z=-4-4i\)
- 5.5. \(z=\dfrac{1}{2}-\dfrac{\sqrt{3}}{2}i\)
- 5.6. \(z=2\sqrt{3}-2i\)
- 5.7. \(z=-1+\sqrt{3}\,i\)
- 5.8. \(z=-2-2i\)
- 5.9. \(z=3+\sqrt{3}\,i\)
- 5.10. \(z=\dfrac{\sqrt{3}\,i-1}{4}\)
Para cada número: módulo, quadrante do afixo, ângulo de referência \(\alpha\) (com \(\tg\alpha=\left|\dfrac{b}{a}\right|\)) e argumento principal pela tabela do resumo.
| \(z\) | \(|z|\) | quadr. | \(\tg\alpha\) | \(\alpha\) | \(\Arg(z)\) | forma trig. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5.1. | \(1-i\) | \(\sqrt{2}\) | 4.º | \(1\) | \(\frac{\pi}{4}\) | \(-\frac{\pi}{4}\) | \(\sqrt{2}\,e^{-i\frac{\pi}{4}}\) |
| 5.2. | \(\sqrt{3}-i\) | \(2\) | 4.º | \(\frac{\sqrt{3}}{3}\) | \(\frac{\pi}{6}\) | \(-\frac{\pi}{6}\) | \(2e^{-i\frac{\pi}{6}}\) |
| 5.3. | \(-2+2\sqrt{3}\,i\) | \(4\) | 2.º | \(\sqrt{3}\) | \(\frac{\pi}{3}\) | \(\frac{2\pi}{3}\) | \(4e^{i\frac{2\pi}{3}}\) |
| 5.4. | \(-4-4i\) | \(4\sqrt{2}\) | 3.º | \(1\) | \(\frac{\pi}{4}\) | \(-\frac{3\pi}{4}\) | \(4\sqrt{2}\,e^{-i\frac{3\pi}{4}}\) |
| 5.5. | \(\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{3}}{2}i\) | \(1\) | 4.º | \(\sqrt{3}\) | \(\frac{\pi}{3}\) | \(-\frac{\pi}{3}\) | \(e^{-i\frac{\pi}{3}}\) |
| 5.6. | \(2\sqrt{3}-2i\) | \(4\) | 4.º | \(\frac{\sqrt{3}}{3}\) | \(\frac{\pi}{6}\) | \(-\frac{\pi}{6}\) | \(4e^{-i\frac{\pi}{6}}\) |
| 5.7. | \(-1+\sqrt{3}\,i\) | \(2\) | 2.º | \(\sqrt{3}\) | \(\frac{\pi}{3}\) | \(\frac{2\pi}{3}\) | \(2e^{i\frac{2\pi}{3}}\) |
| 5.8. | \(-2-2i\) | \(2\sqrt{2}\) | 3.º | \(1\) | \(\frac{\pi}{4}\) | \(-\frac{3\pi}{4}\) | \(2\sqrt{2}\,e^{-i\frac{3\pi}{4}}\) |
| 5.9. | \(3+\sqrt{3}\,i\) | \(2\sqrt{3}\) | 1.º | \(\frac{\sqrt{3}}{3}\) | \(\frac{\pi}{6}\) | \(\frac{\pi}{6}\) | \(2\sqrt{3}\,e^{i\frac{\pi}{6}}\) |
| 5.10. | \(-\frac{1}{4}+\frac{\sqrt{3}}{4}i\) | \(\frac{1}{2}\) | 2.º | \(\sqrt{3}\) | \(\frac{\pi}{3}\) | \(\frac{2\pi}{3}\) | \(\frac{1}{2}e^{i\frac{2\pi}{3}}\) |
O afixo \((-4,\,-4)\) está no 3.º quadrante, logo \(\Arg(z)=-\pi+\dfrac{\pi}{4}=-\dfrac{3\pi}{4}\).
Exemplo detalhado — 5.9.1.º quadrante, logo \(\Arg(z)=\dfrac{\pi}{6}\).
6. Simplificar e escrever na forma trigonométrica
Escreva na forma trigonométrica os números complexos seguintes.
- 6.1. \(z=\dfrac{(3+i)^{2}-4+2i}{2-i}\)
- 6.2. \(z=2i\,(1+i)^{-3}\)
- 6.3. \(z=2+\left(1+i^{43}\right)^{2}\)
- 6.4. \(z=i+\dfrac{3i+1-\sqrt{3}}{i}\)
\(|z|=\sqrt{\dfrac{1}{4}+\dfrac{1}{4}}=\dfrac{\sqrt{2}}{2}\); 4.º quadrante com \(\alpha=\dfrac{\pi}{4}\).
\(|z|=2\sqrt{2}\); 4.º quadrante com \(\alpha=\dfrac{\pi}{4}\).
\(|z|=\sqrt{12}=2\sqrt{3}\); 1.º quadrante com \(\tg\alpha=\dfrac{\sqrt{3}}{3}\).
7. Módulo e argumento de expressões
Determine o módulo e um argumento dos seguintes números complexos.
- 7.1. \((1+2i)^{3}+13\)
- 7.2. \(2-2\sqrt{3}\,i^{21}+\dfrac{1}{2}\left(8e^{-i\frac{5\pi}{3}}\right)\)
- 7.3. \(\dfrac{\left(1-\sqrt{3}\,i\right)+\left(i-\sqrt{3}\right)}{\sqrt{2}-\sqrt{6}}\)
- 7.4. \(\dfrac{4i^{120}}{-1+i^{3}\sqrt{3}}\)
\(i^{21}=i\), logo \(2-2\sqrt{3}\,i^{21}=2-2\sqrt{3}\,i\). Como \(-\dfrac{5\pi}{3}+2\pi=\dfrac{\pi}{3}\):
\(i^{120}=1\) e \(i^{3}=-i\):
\(|-1+\sqrt{3}\,i|=2\); 2.º quadrante com \(\alpha=\dfrac{\pi}{3}\).
8. Da forma trigonométrica para a forma algébrica
Escreva na forma algébrica os números complexos seguintes.
- 8.1. \(z=12e^{i\frac{\pi}{4}}\)
- 8.2. \(z=e^{i\frac{17\pi}{3}}\)
- 8.3. \(z=\sqrt{2}\,e^{i\frac{\pi}{2}}\)
- 8.4. \(z=2e^{-i\frac{19\pi}{3}}\)
- 8.5. \(z=2\sqrt{3}\,e^{i\frac{13\pi}{6}}\)
- 8.6. \(z=\sqrt{2}\,e^{-i\frac{21\pi}{4}}\)
Primeiro reduz-se o argumento a \(\left]-\pi,\,\pi\right]\) somando ou subtraindo múltiplos de \(2\pi\); depois usa-se \(a=\rho\cos\theta\) e \(b=\rho\sen\theta\).
8.1.\(\dfrac{17\pi}{3}=6\pi-\dfrac{\pi}{3}\), logo \(z=e^{-i\frac{\pi}{3}}\):
\(-\dfrac{19\pi}{3}=-6\pi-\dfrac{\pi}{3}\), logo \(z=2e^{-i\frac{\pi}{3}}=2\left(\dfrac{1}{2}-\dfrac{\sqrt{3}}{2}i\right)=1-\sqrt{3}\,i\).
8.5.\(\dfrac{13\pi}{6}=2\pi+\dfrac{\pi}{6}\), logo \(z=2\sqrt{3}\left(\dfrac{\sqrt{3}}{2}+\dfrac{1}{2}i\right)=3+\sqrt{3}\,i\).
8.6.\(-\dfrac{21\pi}{4}=-6\pi+\dfrac{3\pi}{4}\), logo \(z=\sqrt{2}\left(-\dfrac{\sqrt{2}}{2}+\dfrac{\sqrt{2}}{2}i\right)=-1+i\).
9. Igualdade na forma trigonométrica
- 9.1. Mostre que \(z_1=z_2\), sendo \(z_1=2e^{i\frac{10\pi}{3}}\) e \(z_2=2e^{-i\frac{2\pi}{3}}\).
- 9.2. Verifique se são iguais os números complexos \(z_1=3e^{i\frac{29\pi}{3}}\) e \(z_2=3e^{i\frac{8\pi}{3}}\).
Os módulos são iguais (\(2\)). A diferença dos argumentos é
um múltiplo de \(2\pi\). Logo \(z_1=z_2\). \(\blacksquare\)
9.2.Os módulos são iguais (\(3\)), mas
não é múltiplo de \(2\pi\) (é um múltiplo ímpar de \(\pi\)).
10. Simétrico e conjugado na forma trigonométrica
Escreva na forma trigonométrica o simétrico e o conjugado dos números complexos
O conjugado troca o sinal do argumento; o simétrico soma \(\pi\) ao argumento (ou subtrai, para ficar em \(\left]-\pi,\pi\right]\)). O módulo não muda.
11. Escolha múltipla: conjugado e simétrico
Seja \(z=2e^{i\frac{\pi}{3}}\).
- 11.1. O conjugado de \(z\) é:
- (A) \(-2e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (B) \(2-e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (C) \(2e^{i\left(-\frac{\pi}{3}\right)}\)
- (D) \(2e^{i\frac{4\pi}{3}}\)
- 11.2. O simétrico de \(z\) é:
- (A) \(-2e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (B) \(2-e^{i\frac{\pi}{3}}\)
- (C) \(2e^{i\left(-\frac{\pi}{3}\right)}\)
- (D) \(2e^{i\frac{4\pi}{3}}\)
\(\overline{z}=2e^{-i\frac{\pi}{3}}\) e \(-z=2e^{i\left(\frac{\pi}{3}+\pi\right)}=2e^{i\frac{4\pi}{3}}\).
Na opção (A), \(-2e^{i\frac{\pi}{3}}\) é de facto igual a \(-z\), mas não está escrito na forma trigonométrica (\(-2\) não é um módulo); entre as opções, a forma trigonométrica do simétrico é a (D).
12. Vértices de um retângulo centrado na origem
Na figura está representado, num referencial o.n., o retângulo \([ABCD]\), de lados paralelos aos eixos, cujo centro é a origem do referencial.

Seja \(z\) o número complexo cujo afixo é o ponto \(A\). Admita que o módulo de \(z\) é \(\rho\) e que um argumento de \(z\) é \(\theta\).
Escreva, em função de \(\rho\) e de \(\theta\), na forma trigonométrica, os números complexos cujos afixos são os restantes vértices do retângulo.
O retângulo tem lados paralelos aos eixos e centro em \(O\), logo os vértices são simétricos uns dos outros em relação aos eixos e à origem.
Vértice \(D\) — reflexão de eixo real