Números complexos

Guia de estudo · Revisado em 04/10/2026

Um drone de entrega sai da base, voa 3 km para leste e 4 km para norte; o controlador escreve a posição como 3 + 4i e, para girar a rota 90° à esquerda, simplesmente multiplica esse número por i. Que número é esse que guarda um ponto inteiro do plano numa única letra, por que multiplicar por ele gira em vez de esticar, como se escreve a mesma posição como "5 km na direção de 53°", e por que as soluções de zⁿ = w se arrumam sozinhas nos vértices de um polígono regular?

O que você vai aprender

  • Escrever um número complexo na forma algébrica a + bi, identificar partes real e imaginária, reduzir potências de i e localizar o número como ponto e como vetor no plano de Argand-Gauss.
  • Somar, subtrair e multiplicar complexos pela distributiva com i² = −1, e ler o significado das partes quando o contexto o fornece (como no par de itens do PAS 3 de 2025 sobre colheitas).
  • Usar o conjugado para dividir (multiplicando numerador e denominador por z̄), reconhecer as identidades z + z̄ = 2a e z·z̄ = a² + b², e decidir quando um quociente é real ou imaginário puro.
  • Resolver equações do 2.º grau com discriminante negativo em ℂ, testar um par conjugado como raízes por soma e produto e saber que o par conjugado só é garantido quando os coeficientes são reais.
  • Calcular módulo e argumento, escrever a forma trigonométrica r(cos θ + i sen θ) decidindo o quadrante antes do ângulo, e interpretar |z − z₀| como distância e |z − z₀| = R como circunferência.
  • Ler e usar a forma exponencial e^{iθ} = cos θ + i sen θ, inclusive para reescrever senos e cossenos como combinações de exponenciais complexas, como pediu o PAS 3 de 2023.
  • Multiplicar na forma polar (módulos multiplicam, argumentos somam), reconhecer que multiplicar por um complexo unitário é girar, por i é girar 90° no sentido anti-horário e por −i no horário, e ligar isso à matriz de rotação.
  • Aplicar a fórmula de De Moivre a potências, inclusive em iterações como z² + c do conjunto de Mandelbrot (PAS 3 de 2011), e reduzir expoentes usando ωⁿ = 1.
  • Encontrar as n raízes de zⁿ = w, com módulo ⁿ√|w| e argumentos em progressão de 360°/n, desenhar o polígono regular e medir nele lados, diagonais, áreas e ângulos centrais.
  • Descrever e reconhecer regiões do plano dadas por condições sobre |z| e sobre o argumento (discos, coroas, setores, quartos de disco) e decidir se um ponto dado está dentro, fora ou na fronteira.
  • Ler figuras impressas em que vértices, estações, cidades ou amostras são números complexos, e resolver os formatos da banca: espiral parametrizada, ciclo das quintas, polígono estrelado e transformada de Fourier discreta com poucas amostras.

Um drone de entrega decola da base, avança 3 km rumo ao leste, depois 4 km rumo ao norte, e para. O controlador não guarda a posição como um par de números: guarda um só, 3+4i3 + 4i. Quando precisa que o drone refaça a rota girada de 90°90° à esquerda, não mexe em seno nem em cosseno; multiplica a posição por ii e lê o resultado, i(3+4i)=3i+4i2=−4+3ii(3 + 4i) = 3i + 4i^2 = -4 + 3i, isto é, 4 km para oeste e 3 km para norte. A distância à base continua 5 km, como manda um giro. Para dizer “a 5 km, na direção de 53°53°”, escreve o mesmo número como 5(cos⁡53°+i sen 53°)5(\cos 53° + i\,\mathrm{sen}\,53°). Um único objeto guarda o ponto, soma como vetor, gira quando multiplicado e troca de roupa entre coordenadas e direção. Esse objeto é o número complexo, e esta página é o seu manual completo: a forma algébrica e as quatro operações, o conjugado, as equações do 2.º grau sem raízes reais, módulo e argumento, a forma trigonométrica e a exponencial de Euler, a multiplicação como giro, as potências de De Moivre, as raízes de zn=wz^n = w arrumadas num polígono regular, as regiões do plano descritas por módulo e argumento e, por fim, os formatos com que a prova veste tudo isso: estações de bonde, cidades, esculturas, espirais, notas musicais e amostras de áudio.

Alguns vizinhos ficam em páginas próprias e entram aqui só como apoio: os quadrantes e a leitura de pontos estão no plano cartesiano; os ângulos, senos e cossenos da volta inteira, no ciclo trigonométrico; a equação (x−a)2+(y−b)2=R2(x - a)^2 + (y - b)^2 = R^2, na página de equação da circunferência; a fórmula de Bhaskara e o discriminante, na de função quadrática; e a matriz de rotação, com a qual a multiplicação por um complexo unitário se corresponde, na de transformações no plano.

Um número que guarda um ponto inteiro: a forma algébrica

Nos números reais, não há raiz quadrada de −1-1: todo quadrado é maior ou igual a zero. Os complexos nascem de uma decisão: criar um símbolo novo, ii, com a única propriedade i2=−1i^2 = -1, e exigir que todas as regras algébricas usuais (comutativa, associativa, distributiva) continuem valendo. A partir daí, qualquer expressão com ii se reduz, trocando i2i^2 por −1-1 sempre que ele aparecer, a uma soma de um número real com um múltiplo real de ii.

Forma algébrica, partes e igualdade

Chama-se número complexo toda expressão z=a+biz = a + bi em que aa e bb são números reais e i2=−1i^2 = -1. O real aa é a parte real, Re(z)\mathrm{Re}(z); o real bb (sem o ii) é a parte imaginária, Im(z)\mathrm{Im}(z). Dois complexos são iguais quando têm a mesma parte real e a mesma parte imaginária: uma igualdade entre complexos vale por duas equações reais. Se b=0b = 0, zz é real (todo real é complexo); se a=0a = 0 e b≠0b \neq 0, zz é imaginário puro. O conjunto de todos eles é C\mathbb{C}.

As potências de ii são o primeiro cálculo a dominar, porque aparecem em toda multiplicação: i1=ii^1 = i, i2=−1i^2 = -1, i3=i2⋅i=−ii^3 = i^2 \cdot i = -i, i4=(i2)2=1i^4 = (i^2)^2 = 1, e a partir daí o ciclo recomeça: i5=ii^5 = i, i6=−1i^6 = -1, e assim por diante. Para calcular ini^n, basta o resto da divisão de nn por 4: resto 0 dá 11, resto 1 dá ii, resto 2 dá −1-1, resto 3 dá −i-i. Em qualquer bloco de quatro potências consecutivas a soma é i+(−1)+(−i)+1=0i + (-1) + (-i) + 1 = 0.

Exemplo resolvido 1: potências de ii. Quanto vale i2027i^{2027}? E a soma i+i2+i3+⋯+i100i + i^2 + i^3 + \cdots + i^{100}? Dividindo, 2027=4⋅506+32027 = 4 \cdot 506 + 3: o resto é 3, logo i2027=i3=−ii^{2027} = i^3 = -i. A soma tem 100 parcelas, que formam 25 blocos de quatro potências consecutivas, cada bloco somando zero: o total é 00. Conferência: o primeiro bloco é i−1−i+1=0i - 1 - i + 1 = 0, e os outros 24 repetem o mesmo padrão. Vale ainda registrar i−1=1ii^{-1} = \frac{1}{i}: como i⋅(−i)=−i2=1i \cdot (-i) = -i^2 = 1, o inverso de ii é −i-i.

A ideia que transforma o símbolo em geometria é identificar a+bia + bi com o ponto (a,b)(a, b) do plano: o eixo horizontal recebe a parte real e o eixo vertical a parte imaginária. Esse plano é o plano de Argand-Gauss; o ponto que representa zz é o seu afixo. Como todo ponto do plano, zz também pode ser visto como o vetor que sai da origem e chega nele, e essa dupla leitura (ponto ou seta) será usada o tempo todo.

Plano de Argand-Gauss com o eixo real horizontal e o eixo imaginário vertical. O ponto z = 3 + 4i está marcado com uma seta a partir da origem; o ponto w = −2 + i também. A soma z + w = 1 + 5i aparece como o quarto vértice do paralelogramo formado pelas duas setas, com lados tracejados. Abaixo do eixo real está o conjugado de z, 3 − 4i, ligado a z por uma linha vertical tracejada, e à esquerda o oposto −z = −3 − 4i.
Cada complexo é um ponto e, ao mesmo tempo, uma seta a partir da origem. A soma z+wz + w segue a regra do paralelogramo; o conjugado zˉ\bar{z} é o reflexo de zz no eixo real; o oposto −z-z é a meia-volta em torno da origem. Diagrama autoral.

Somar é deslocar; multiplicar é distribuir

A soma e a subtração são feitas parte a parte: (a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i(a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. No plano, é a soma de vetores pela regra do paralelogramo; z−wz - w é a seta que vai do afixo de ww ao afixo de zz, trazida para a origem. O produto usa a distributiva, como com binômios, e depois troca i2i^2 por −1-1:

(a+bi)(c+di)=ac+adi+bci+bd i2=(ac−bd)+(ad+bc)i.(a + bi)(c + di) = ac + adi + bci + bd\,i^2 = (ac - bd) + (ad + bc)i.

Não vale a pena decorar a fórmula final: basta distribuir e lembrar de trocar o i2i^2.

Exemplo resolvido 2: um produto com conferência. Calcule (2+3i)(4−i)(2 + 3i)(4 - i). Distribuindo: 8−2i+12i−3i2=8+10i+3=11+10i8 - 2i + 12i - 3i^2 = 8 + 10i + 3 = 11 + 10i. Conferência por uma propriedade que a seção do módulo vai justificar: o “tamanho ao quadrado” de um produto é o produto dos tamanhos ao quadrado. Para 2+3i2 + 3i, 22+32=132^2 + 3^2 = 13; para 4−i4 - i, 16+1=1716 + 1 = 17; produto 221221. Para 11+10i11 + 10i, 121+100=221121 + 100 = 221. Bate.

Quando o problema dá significado às partes, a operação pedida costuma ser a mais simples de todas: ler. Uma editora registra as vendas mensais como v=(impressos)+(digitais) iv = (\text{impressos}) + (\text{digitais})\,i; em janeiro, v1=120+80iv_1 = 120 + 80i; em fevereiro, v2=95+140iv_2 = 95 + 140i. Quantos exemplares a mais vendeu fevereiro, no total? O total de um mês é a soma das duas partes: janeiro vendeu 200200, fevereiro 235235, e a diferença é 3535. A soma dos dois meses, v1+v2=215+220iv_1 + v_2 = 215 + 220i, diz que foram 435435 exemplares no bimestre. Já ∣v2−v1∣=∣−25+60i∣=625+3600=65|v_2 - v_1| = |{-25} + 60i| = \sqrt{625 + 3600} = 65 é a distância entre os dois pontos no plano e não mede total nenhum. Em 2025, o PAS 3 cobrou exatamente esse reflexo num par de itens: uma divisão de complexos num item e, no item seguinte, com o mesmo texto-base, uma simples soma das duas partes para comparar colheitas totais.

"Total" é $a + b$, não $|z|$ nem $|z_1 - z_2|$

Se as partes real e imaginária contam coisas (toneladas, exemplares, horas), o total é a soma a+ba + b das duas contagens, e a comparação entre dois registros é feita total contra total. O módulo a2+b2\sqrt{a^2 + b^2} é uma distância no plano e não soma contagens; ∣z1−z2∣|z_1 - z_2| é a distância entre dois pontos. Antes de calcular, pergunte o que o item quer: uma conta de complexos ou uma leitura.

O conjugado é o espelho que torna a divisão possível

O conjugado de z=a+biz = a + bi é zˉ=a−bi\bar{z} = a - bi: mesmo ponto refletido no eixo real. Duas contas com ele são imediatas e aparecem o tempo todo:

z+zˉ=2a=2 Re(z),z⋅zˉ=(a+bi)(a−bi)=a2−b2i2=a2+b2.z + \bar{z} = 2a = 2\,\mathrm{Re}(z), \qquad z \cdot \bar{z} = (a + bi)(a - bi) = a^2 - b^2 i^2 = a^2 + b^2.

A segunda é a que importa: o produto de um complexo pelo seu conjugado é um número real não negativo, e só é zero quando z=0z = 0. Isso resolve a divisão. Dividir por a+bia + bi parece não ter sentido, mas multiplicar numerador e denominador pelo conjugado do denominador transforma o denominador em a2+b2a^2 + b^2, um real, e aí a divisão é a de sempre.

Divisão e inverso

Para z≠0z \neq 0:

wz=w⋅zˉz⋅zˉ=w zˉa2+b2,1z=zˉa2+b2.\frac{w}{z} = \frac{w \cdot \bar{z}}{z \cdot \bar{z}} = \frac{w\,\bar{z}}{a^2 + b^2}, \qquad \frac{1}{z} = \frac{\bar{z}}{a^2 + b^2}.

Propriedades do conjugado: z+w‾=zˉ+wˉ\overline{z + w} = \bar{z} + \bar{w}, z⋅w‾=zˉ⋅wˉ\overline{z \cdot w} = \bar{z} \cdot \bar{w}, zˉ‾=z\overline{\bar{z}} = z; e z=zˉz = \bar{z} se, e só se, zz é real.

Exemplo resolvido 3: uma divisão completa. Calcule 7+4i2−3i\dfrac{7 + 4i}{2 - 3i}. O conjugado do denominador é 2+3i2 + 3i:

(7+4i)(2+3i)(2−3i)(2+3i)=14+21i+8i+12i24+9=2+29i13=213+2913i.\frac{(7 + 4i)(2 + 3i)}{(2 - 3i)(2 + 3i)} = \frac{14 + 21i + 8i + 12i^2}{4 + 9} = \frac{2 + 29i}{13} = \frac{2}{13} + \frac{29}{13}i.

Conferência: multiplicando o resultado pelo divisor deve voltar o dividendo: (213+2913i)(2−3i)=4−6i+58i−87i213=91+52i13=7+4i\left(\frac{2}{13} + \frac{29}{13}i\right)(2 - 3i) = \frac{4 - 6i + 58i - 87i^2}{13} = \frac{91 + 52i}{13} = 7 + 4i. Um exemplo do inverso: 13+4i=3−4i25\frac{1}{3 + 4i} = \frac{3 - 4i}{25}, e de fato (3+4i)⋅3−4i25=2525=1(3 + 4i)\cdot\frac{3 - 4i}{25} = \frac{25}{25} = 1.

Dividir "parte por parte" não existe

6+8i2+4i\frac{6 + 8i}{2 + 4i} não é 62+84i=3+2i\frac{6}{2} + \frac{8}{4}i = 3 + 2i. Confira: (3+2i)(2+4i)=6+12i+4i+8i2=−2+16i(3 + 2i)(2 + 4i) = 6 + 12i + 4i + 8i^2 = -2 + 16i, que não é 6+8i6 + 8i. A única rota correta passa pelo conjugado do denominador: (6+8i)(2−4i)20=12−24i+16i−32i220=44−8i20=115−25i\frac{(6 + 8i)(2 - 4i)}{20} = \frac{12 - 24i + 16i - 32i^2}{20} = \frac{44 - 8i}{20} = \frac{11}{5} - \frac{2}{5}i. A prova gosta de plantar um resultado com a parte real certa e a imaginária errada; feche as duas partes antes de julgar.

O conjugado também decide quando um quociente é real. wz\frac{w}{z} é real quando a parte imaginária de wzˉw\bar{z} é zero; geometricamente, isso acontece quando ww e zz estão sobre a mesma reta pela origem (mesma direção ou direções opostas). Assim, o conjunto dos (x,y)≠(0,0)(x, y) \neq (0, 0) para os quais z0x+iy\frac{z_0}{x + iy} é real, com z0=p+qiz_0 = p + qi fixo, é a reta pela origem e por (p,q)(p, q), de equação qx−py=0qx - py = 0. Foi esse o formato de um item do PAS 3 de 2012: o ponto era a pontuação de uma droga num gráfico de danos, e a resposta era a reta pela origem e por aquele ponto.

Exemplo resolvido 4: forçar um quociente real ou imaginário puro. Para que valor real de kk o quociente k+6i1+2i\dfrac{k + 6i}{1 + 2i} é real? E para qual é imaginário puro? Multiplicando pelo conjugado: (k+6i)(1−2i)1+4=k−2ki+6i−12i25=(k+12)+(6−2k)i5\dfrac{(k + 6i)(1 - 2i)}{1 + 4} = \dfrac{k - 2ki + 6i - 12i^2}{5} = \dfrac{(k + 12) + (6 - 2k)i}{5}. Quociente real: 6−2k=06 - 2k = 0, ou seja, k=3k = 3, e o quociente vale 155=3\frac{15}{5} = 3 (conferência: 3(1+2i)=3+6i3(1 + 2i) = 3 + 6i). Imaginário puro: k+12=0k + 12 = 0, ou seja, k=−12k = -12, e o quociente vale 30i5=6i\frac{30i}{5} = 6i (conferência: 6i(1+2i)=6i+12i2=−12+6i6i(1 + 2i) = 6i + 12i^2 = -12 + 6i).

Toda equação do 2.º grau tem duas raízes: Bhaskara em C\mathbb{C}

Nos reais, z2−4z+29=0z^2 - 4z + 29 = 0 não tem solução, porque o discriminante Δ=16−116=−100\Delta = 16 - 116 = -100 é negativo. Em C\mathbb{C}, a raiz quadrada de um negativo existe: −100\sqrt{-100} é um número cujo quadrado é −100-100, e (10i)2=100i2=−100(10i)^2 = 100i^2 = -100. A fórmula de Bhaskara funciona sem nenhuma mudança:

z=4±10i2=2±5i.z = \frac{4 \pm 10i}{2} = 2 \pm 5i.

As duas raízes são conjugadas uma da outra. Isso não é coincidência: quando os coeficientes aa, bb, cc são reais e Δ<0\Delta < 0, as raízes são −b2a±∣Δ∣2ai\frac{-b}{2a} \pm \frac{\sqrt{|\Delta|}}{2a}i, sempre um par conjugado. O par carrega duas identidades que dispensam Bhaskara para testar se dois números são raízes de uma equação dada:

Par conjugado como raízes

Se z=p+qiz = p + qi e zˉ=p−qi\bar{z} = p - qi são as raízes de z2+Bz+C=0z^2 + Bz + C = 0 (coeficientes reais), então

z+zˉ=2p=−B,z⋅zˉ=p2+q2=C,z + \bar{z} = 2p = -B, \qquad z \cdot \bar{z} = p^2 + q^2 = C,

isto é, a equação é z2−2p z+(p2+q2)=0z^2 - 2p\,z + (p^2 + q^2) = 0. Para conferir um par proposto, teste a soma e o produto; os dois precisam bater. A garantia de que a raiz não real vem acompanhada da conjugada vale para qualquer polinômio de coeficientes reais; se algum coeficiente não é real, a regra cai.

Exemplo resolvido 5: raízes como pontos do plano. As raízes de z2−4z+29=0z^2 - 4z + 29 = 0, já calculadas, são 2+5i2 + 5i e 2−5i2 - 5i: os pontos (2,5)(2, 5) e (2,−5)(2, -5). Teste pela soma e pelo produto: soma 4=−(−4)4 = -(-4), produto 4+25=294 + 25 = 29. A distância entre os dois afixos é ∣(2+5i)−(2−5i)∣=∣10i∣=10|{(2 + 5i)} - {(2 - 5i)}| = |10i| = 10, e cada um está a 29≈5,39\sqrt{29} \approx 5{,}39 da origem. Um item do PAS 3 de 2019 pôs um aeroporto na origem e dois prédios nas raízes de uma equação como essa, e pediu para julgar o comprimento do trajeto fechado pelos três pontos: é um triângulo isósceles cujos lados se leem direto das coordenadas. No sentido inverso, a equação cujas raízes são 1±3i1 \pm 3i é z2−2z+10=0z^2 - 2z + 10 = 0 (soma 22, produto 1+9=101 + 9 = 10).

A ressalva dos coeficientes reais é cobrada. A equação z2−2iz−1=0z^2 - 2iz - 1 = 0 tem o coeficiente −2i-2i não real; ela se fatora como (z−i)2=0(z - i)^2 = 0 e tem a raiz dupla z=iz = i, sem nenhuma raiz −i-i: de fato, (−i)2−2i(−i)−1=−1−2−1=−4≠0(-i)^2 - 2i(-i) - 1 = -1 - 2 - 1 = -4 \neq 0. O PAS 3 de 2009 cobrou o mesmo cuidado com z3+i=0z^3 + i = 0: duas de suas raízes são o reflexo uma da outra no eixo imaginário (e não no real), e o item que as chamava de conjugadas estava errado.

Módulo e argumento: o endereço polar

Um ponto do plano pode ser localizado por duas coordenadas ou por uma distância e um ângulo. A distância do afixo de z=a+biz = a + bi à origem é o módulo, ∣z∣=a2+b2|z| = \sqrt{a^2 + b^2}, a hipotenusa do triângulo retângulo de catetos ∣a∣|a| e ∣b∣|b|. O ângulo que a seta de zz faz com o semieixo real positivo, medido no sentido anti-horário, é o argumento θ\theta. Lendo o triângulo, a=∣z∣cos⁡θa = |z|\cos\theta e b=∣z∣ sen θb = |z|\,\mathrm{sen}\,\theta, o que dá a forma trigonométrica (ou polar):

z=∣z∣ (cos⁡θ+i sen θ)=∣z∣ cis θ,z = |z|\,(\cos\theta + i\,\mathrm{sen}\,\theta) = |z|\,\mathrm{cis}\,\theta,

em que cis θ\mathrm{cis}\,\theta é só uma abreviatura de cos⁡θ+i sen θ\cos\theta + i\,\mathrm{sen}\,\theta. Repare que ∣z∣2=a2+b2=zzˉ|z|^2 = a^2 + b^2 = z\bar{z}: o produto pelo conjugado é o quadrado do módulo, e foi isso que a conferência do exemplo 2 usou (∣zw∣=∣z∣ ∣w∣|zw| = |z|\,|w|).

Dois painéis. À esquerda, o ponto z = −3 + 3i no segundo quadrante, com o triângulo retângulo de catetos 3 e 3 desenhado até o eixo real, a hipotenusa rotulada 3√2 e o arco do argumento de 135° a partir do semieixo real positivo. À direita, o ponto 2 − 2√3 i no quarto quadrante, com módulo 4 e o arco do argumento de 300° percorrendo três quadrantes no sentido anti-horário; o ângulo de −60° medido no sentido horário aparece tracejado como alternativa.
O módulo é a hipotenusa; o argumento é o ângulo com o semieixo real positivo, no sentido anti-horário. Antes de qualquer tabela, o quadrante: −3+3i-3 + 3i está a 135°135°, não a 45°45°; 2−23 i2 - 2\sqrt{3}\,i está a 300°300°, que também se escreve −60°-60°. Diagrama autoral.
Como achar o argumento sem errar o quadrante
  1. Marque o ponto e leia o quadrante pelos sinais de aa e bb (o sinal de aa é o do cosseno; o de bb, o do seno).
  2. Calcule o módulo.
  3. Ache o ângulo de referência pelos valores cos⁡θ=a∣z∣\cos\theta = \frac{a}{|z|} e sen θ=b∣z∣\mathrm{sen}\,\theta = \frac{b}{|z|} e leve-o ao quadrante certo: no 2.º quadrante o argumento é 180°−α180° - \alpha, no 3.º é 180°+α180° + \alpha, no 4.º é 360°−α360° - \alpha, em que α\alpha é o ângulo agudo com o eixo real. O argumento é definido a menos de voltas inteiras (θ\theta e θ+360°\theta + 360° dão o mesmo ponto); em geral trabalha-se com 0°≤θ<360°0° \leq \theta < 360° ou com −180°<θ≤180°-180° < \theta \leq 180°. O número 00 tem módulo 00 e argumento indefinido.

Exemplo resolvido 6: duas conversões, ida e volta. Escreva −3+3i-3 + 3i e 2−23 i2 - 2\sqrt{3}\,i na forma trigonométrica; depois volte 6 cis 210°6\,\mathrm{cis}\,210° para a forma algébrica. Para −3+3i-3 + 3i: módulo 9+9=32\sqrt{9 + 9} = 3\sqrt{2}; segundo quadrante; cos⁡θ=−332=−22\cos\theta = -\frac{3}{3\sqrt{2}} = -\frac{\sqrt{2}}{2} e sen θ=22\mathrm{sen}\,\theta = \frac{\sqrt{2}}{2}, logo θ=135°\theta = 135° e −3+3i=32 cis 135°-3 + 3i = 3\sqrt{2}\,\mathrm{cis}\,135°. Para 2−23 i2 - 2\sqrt{3}\,i: módulo 4+12=4\sqrt{4 + 12} = 4; quarto quadrante; cos⁡θ=12\cos\theta = \frac{1}{2} e sen θ=−32\mathrm{sen}\,\theta = -\frac{\sqrt{3}}{2}, logo θ=300°\theta = 300° e o número é 4 cis 300°4\,\mathrm{cis}\,300°. Volta: 6 cis 210°=6(−32−12i)=−33−3i6\,\mathrm{cis}\,210° = 6\left(-\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i\right) = -3\sqrt{3} - 3i. Conferência: (33)2+32=27+9=36=62(3\sqrt{3})^2 + 3^2 = 27 + 9 = 36 = 6^2, e o ponto (−33,−3)(-3\sqrt{3}, -3) está no terceiro quadrante, como 210°210° exige.

Muitos itens da prova não pedem o ângulo: pedem só uma comparação, e o quadrante mais uma desigualdade resolvem. Exemplo resolvido 7: julgar sem calcular o ângulo. O argumento de −7+2i-7 + 2i é maior ou menor que 135°135°? O ponto está no segundo quadrante, então o argumento está entre 90°90° e 180°180°. A bissetriz desse quadrante, a 135°135°, é a reta y=−xy = -x; nela, ∣a∣=b|a| = b. Como ∣−7∣=7>2|{-7}| = 7 > 2, o ponto está mais perto do eixo real negativo do que da bissetriz: o argumento está entre 135°135° e 180°180°, logo é maior que 135°135°. (Se alguém quiser o valor: tg α=27\mathrm{tg}\,\alpha = \frac{2}{7} dá α≈16°\alpha \approx 16° e θ≈164°\theta \approx 164°.) O PAS 3 de 2013 pediu só o quadrante de uma estação de VLT escrita na forma trigonométrica; o de 2015, se o argumento de (5,53)(5, 5\sqrt{3}) ficava abaixo de 50°50° (a razão ba=3\frac{b}{a} = \sqrt{3} dá 60°60°, logo não); o de 2017, se o argumento da estação Jardim Botânico, em (−5,7)(-5, 7), passava de 135°135° (não passa: ∣−5∣<7|{-5}| < 7 põe o ponto acima da bissetriz).

A tangente sozinha confunde quadrantes opostos

−1+i-1 + i e 1−i1 - i têm a mesma razão ba=−1\frac{b}{a} = -1, mas um está a 135°135° e o outro a 315°315°. O mesmo vale para 2+2i2 + 2i (45°45°) e −2−2i-2 - 2i (225°225°). A fórmula “argumento =arctgba= \mathrm{arctg}\frac{b}{a}” só funciona no primeiro e no quarto quadrantes; nos outros dois, some 180°180°. Marcar o ponto antes de calcular evita o erro por completo.

Duas consequências geométricas do módulo valem uma seção inteira de equação da circunferência escrita numa linha: ∣z1−z2∣|z_1 - z_2| é a distância entre os afixos de z1z_1 e z2z_2 (é a fórmula da distância entre pontos, letra por letra: ∣(x1−x2)+(y1−y2)i∣=(x1−x2)2+(y1−y2)2|(x_1 - x_2) + (y_1 - y_2)i| = \sqrt{(x_1 - x_2)^2 + (y_1 - y_2)^2}); e ∣z−z0∣=R|z - z_0| = R é a circunferência de centro no afixo de z0z_0 e raio RR. Por exemplo, ∣z−(2−i)∣=3|z - (2 - i)| = 3 é a circunferência de centro (2,−1)(2, -1) e raio 33, e ∣z+4i∣=∣z−(−4i)∣=1|z + 4i| = |z - (-4i)| = 1 é a de centro (0,−4)(0, -4) e raio 11. A distância entre 1+5i1 + 5i e 4+i4 + i é ∣−3+4i∣=5|{-3} + 4i| = 5.

eiθe^{i\theta}: a forma polar numa letra

Há uma terceira roupa para o mesmo número, e a prova já a usou em 2022 e 2023. A fórmula de Euler define a exponencial de um imaginário puro por

eiθ=cos⁡θ+i sen θ,e^{i\theta} = \cos\theta + i\,\mathrm{sen}\,\theta,

de modo que eiθe^{i\theta} é o ponto do círculo unitário no ângulo θ\theta (em radianos), e qualquer complexo se escreve z=∣z∣ eiθz = |z|\,e^{i\theta}: a forma exponencial. Os casos que mais aparecem: eiπ/2=ie^{i\pi/2} = i, eiπ=−1e^{i\pi} = -1, ei3π/2=−ie^{i3\pi/2} = -i, e2πi=1e^{2\pi i} = 1. A notação não é um capricho: ela obedece à regra das potências, eiα eiβ=ei(α+β)e^{i\alpha}\,e^{i\beta} = e^{i(\alpha + \beta)}, que é exatamente a regra “argumentos se somam” da próxima seção, e (eiθ)n=einθ(e^{i\theta})^n = e^{in\theta}, que é De Moivre.

Seno e cosseno como exponenciais

De eiθ=cos⁡θ+i sen θe^{i\theta} = \cos\theta + i\,\mathrm{sen}\,\theta e e−iθ=cos⁡θ−i sen θe^{-i\theta} = \cos\theta - i\,\mathrm{sen}\,\theta (o conjugado), somando e subtraindo:

cos⁡θ=eiθ+e−iθ2,sen θ=eiθ−e−iθ2i=i2 e−iθ−i2 eiθ,\cos\theta = \frac{e^{i\theta} + e^{-i\theta}}{2}, \qquad \mathrm{sen}\,\theta = \frac{e^{i\theta} - e^{-i\theta}}{2i} = \frac{i}{2}\,e^{-i\theta} - \frac{i}{2}\,e^{i\theta},

usando 12i=−i2\frac{1}{2i} = \frac{-i}{2} (porque 1i=−i\frac{1}{i} = -i). É assim que um som descrito por uma soma de senos vira uma soma de exponenciais complexas, formato que apareceu no PAS 3 de 2023.

Exemplo resolvido 8: localizar e reescrever. (a) Onde está ei 5π/6e^{i\,5\pi/6}? Em 150°150°: cos⁡150°+i sen 150°=−32+12i\cos 150° + i\,\mathrm{sen}\,150° = -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i, segundo quadrante. Compare com ei 7π/6e^{i\,7\pi/6}, em 210°210°: −32−12i-\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i. Um item do PAS 3 de 2022 marcava num gráfico o ponto (−32,−12)\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}, -\frac{1}{2}\right) e afirmava que ele era e4π3ie^{\frac{4\pi}{3}i}; mas 4π3\frac{4\pi}{3} é 240°240°, cujo ponto é (−12,−32)\left(-\frac{1}{2}, -\frac{\sqrt{3}}{2}\right), com as coordenadas trocadas. (b) Escreva w(t)=sen(100πt)+sen(140πt)w(t) = \mathrm{sen}(100\pi t) + \mathrm{sen}(140\pi t) como exponenciais. Aplicando a fórmula do seno a cada parcela e pondo e±i 100πte^{\pm i\,100\pi t} em evidência:

w(t)=i2 e−i 100πt(1+e−i 40πt)−i2 ei 100πt(1+ei 40πt),w(t) = \frac{i}{2}\,e^{-i\,100\pi t}\left(1 + e^{-i\,40\pi t}\right) - \frac{i}{2}\,e^{i\,100\pi t}\left(1 + e^{i\,40\pi t}\right),

porque 140−100=40140 - 100 = 40. Conferência: expandindo o primeiro produto, i2e−i 100πt+i2e−i 140πt\frac{i}{2}e^{-i\,100\pi t} + \frac{i}{2}e^{-i\,140\pi t}, e o segundo, −i2ei 100πt−i2ei 140πt-\frac{i}{2}e^{i\,100\pi t} - \frac{i}{2}e^{i\,140\pi t}; agrupando por frequência, sobram i2(e−i 100πt−ei 100πt)=sen(100πt)\frac{i}{2}(e^{-i\,100\pi t} - e^{i\,100\pi t}) = \mathrm{sen}(100\pi t) e o mesmo com 140140. Num item desse tipo, o trabalho é conferir as diferenças de frequência dentro dos parênteses e os sinais dos dois fatores ±i2\pm\frac{i}{2}.

Três séculos para virar ponto

Os complexos entraram na matemática pela porta da álgebra, não da geometria: no século XVI, Rafael Bombelli operou com raízes quadradas de negativos para fazer a fórmula de Cardano devolver a raiz real de certas equações cúbicas, e o método funcionava. A leitura como pontos do plano só se firmou por volta de 1800, com Caspar Wessel e Jean-Robert Argand, e foi Gauss, em 1831, quem popularizou o nome “número complexo” e a representação que hoje leva o nome dos dois. A fórmula de Euler é anterior (1748) e já ligava a exponencial ao seno e ao cosseno antes de alguém desenhar o plano.

Multiplicar é girar e escalar

A forma polar torna a multiplicação transparente. Se z1=r1 cis αz_1 = r_1\,\mathrm{cis}\,\alpha e z2=r2 cis βz_2 = r_2\,\mathrm{cis}\,\beta, então

z1z2=r1r2 [(cos⁡αcos⁡β−sen α sen β)+i(sen αcos⁡β+cos⁡α sen β)]=r1r2 cis(α+β),z_1 z_2 = r_1 r_2\,[(\cos\alpha\cos\beta - \mathrm{sen}\,\alpha\,\mathrm{sen}\,\beta) + i(\mathrm{sen}\,\alpha\cos\beta + \cos\alpha\,\mathrm{sen}\,\beta)] = r_1 r_2\,\mathrm{cis}(\alpha + \beta),

pelas identidades de adição de arcos, cos⁡(α+β)\cos(\alpha + \beta) e sen(α+β)\mathrm{sen}(\alpha + \beta). Em palavras: os módulos se multiplicam e os argumentos se somam. Para a divisão, módulos se dividem e argumentos se subtraem: z1z2=r1r2 cis(α−β)\frac{z_1}{z_2} = \frac{r_1}{r_2}\,\mathrm{cis}(\alpha - \beta); por exemplo, cis 50°cis 20°=cis 30°\frac{\mathrm{cis}\,50°}{\mathrm{cis}\,20°} = \mathrm{cis}\,30°.

Multiplicar por um complexo unitário é girar

Se ∣u∣=1|u| = 1, isto é, u=cis θu = \mathrm{cis}\,\theta, então multiplicar qualquer zz por uu não muda ∣z∣|z| e soma θ\theta ao argumento: o afixo de uzuz é o afixo de zz girado de θ\theta ao redor da origem, anti-horário. Valores fixos que a prova usa: i=cis 90°i = \mathrm{cis}\,90° gira um quarto de volta à esquerda; −1=cis 180°-1 = \mathrm{cis}\,180° dá meia-volta; −i=cis(−90°)-i = \mathrm{cis}(-90°) gira um quarto de volta à direita (sentido horário). Se ∣u∣≠1|u| \neq 1, multiplicar por uu gira de θ\theta e multiplica o tamanho por ∣u∣|u|: uma rotação seguida de uma homotetia. Para girar em torno de um centro z0z_0 qualquer, desloque, gire e volte: z′=z0+u (z−z0)z' = z_0 + u\,(z - z_0).

Plano de Argand-Gauss com três setas a partir da origem: z = 4 + i, em azul, com argumento pequeno; u = cis 60°, de módulo 1, sobre o círculo unitário; e o produto uz, em laranja, com o mesmo comprimento de z e argumento 60° maior, apontando para cerca de (1,13; 3,96). Um arco liga z a uz marcando os 60°. Num detalhe à direita, o mesmo z multiplicado por 2 cis 60° chega ao dobro do comprimento.
Multiplicar por cis 60°\mathrm{cis}\,60° gira a seta de 60°60° sem mudar o comprimento; multiplicar por 2 cis 60°2\,\mathrm{cis}\,60° gira e dobra. O produto por ii, −1-1 e −i-i são os casos de 90°90°, 180°180° e −90°-90°. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido 9: girar um ponto, em torno da origem e em torno de outro centro. (a) Gire o ponto (4,1)(4, 1) de 60°60° em torno da origem. Em complexos, z=4+iz = 4 + i e u=cis 60°=12+32iu = \mathrm{cis}\,60° = \frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}i:

uz=(4+i)(12+32i)=2+23 i+12i+32i2=(2−32)+(23+12)i≈1,13+3,96i.uz = (4 + i)\left(\tfrac{1}{2} + \tfrac{\sqrt{3}}{2}i\right) = 2 + 2\sqrt{3}\,i + \tfrac{1}{2}i + \tfrac{\sqrt{3}}{2}i^2 = \left(2 - \tfrac{\sqrt{3}}{2}\right) + \left(2\sqrt{3} + \tfrac{1}{2}\right)i \approx 1{,}13 + 3{,}96i.

Conferência: ∣z∣2=17|z|^2 = 17 e 1,132+3,962≈1,28+15,68≈171{,}13^2 + 3{,}96^2 \approx 1{,}28 + 15{,}68 \approx 17; o módulo foi preservado. (b) Gire z=3+2iz = 3 + 2i de 90°90° em torno de z0=1+iz_0 = 1 + i. Deslocar: z−z0=2+iz - z_0 = 2 + i. Girar: i(2+i)=2i+i2=−1+2ii(2 + i) = 2i + i^2 = -1 + 2i. Voltar: z0+(−1+2i)=3iz_0 + (-1 + 2i) = 3i, o ponto (0,3)(0, 3). Conferência: a distância ao centro era ∣2+i∣=5|2 + i| = \sqrt{5} e passou a ser ∣3i−(1+i)∣=∣−1+2i∣=5|3i - (1 + i)| = |{-1} + 2i| = \sqrt{5}.

A mesma ideia tem outra língua: a matriz de rotação R(θ)R(\theta) aplicada à coluna (x,y)(x, y) dá (xcos⁡θ−y sen θ, x sen θ+ycos⁡θ)(x\cos\theta - y\,\mathrm{sen}\,\theta,\ x\,\mathrm{sen}\,\theta + y\cos\theta), que são exatamente as partes real e imaginária de (x+yi)(cos⁡θ+i sen θ)(x + yi)(\cos\theta + i\,\mathrm{sen}\,\theta). Multiplicar por cis θ\mathrm{cis}\,\theta e aplicar R(θ)R(\theta) são a mesma operação; compor duas rotações é somar ângulos nas duas línguas. A prova já cobrou a versão em complexos duas vezes com a mesma pergunta: “para girar a figura de tanto em torno da origem, basta multiplicar todos os seus pontos por tal número?”. Em 2016, o número era ii e o ângulo π2\frac{\pi}{2} (certo); em 2021, o número era 12+32i\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}i e o ângulo 60°60° (certo, porque o módulo é 11 e o argumento é 60°60°). Se o item trouxesse 1+3 i1 + \sqrt{3}\,i no lugar, o argumento seria o mesmo, mas o módulo 22 dobraria a figura, e a afirmação cairia.

O sinal escolhe o sentido do giro

Multiplicar por ii leva o ponto um quarto de volta à esquerda (anti-horário); multiplicar por −i-i leva um quarto de volta à direita (horário). Teste com o ponto 11: 1⋅i=i1 \cdot i = i (subiu para o eixo imaginário positivo), 1⋅(−i)=−i1 \cdot (-i) = -i (desceu). Um item que troque o sentido está errado mesmo com o ângulo certo. E não confunda “argumentos se somam” com “argumentos se multiplicam”: cis 30°⋅cis 60°=cis 90°=i\mathrm{cis}\,30° \cdot \mathrm{cis}\,60° = \mathrm{cis}\,90° = i, e não cis 1800°\mathrm{cis}\,1800°.

Fasores, áudio e rotas

Em circuitos de corrente alternada, tensão e corrente são senoides de mesma frequência que diferem em amplitude e em fase; os engenheiros as representam por complexos (os fasores) e somam ou multiplicam fasores no lugar de somar senoides, exatamente pela regra “módulos multiplicam, argumentos somam”. Em processamento de áudio, a transformada de Fourier discreta da última seção desta página escreve um trecho de som como combinação de potências de um complexo unitário. E em robótica e em drones, girar um vetor de posição ou de velocidade de um ângulo fixo é multiplicar por cis θ\mathrm{cis}\,\theta, a conta da abertura desta página.

Potências: De Moivre e o que acontece ao iterar

Multiplicar zz por ele mesmo nn vezes multiplica o módulo nn vezes e soma o argumento nn vezes:

Fórmula de De Moivre

Para z=r cis θz = r\,\mathrm{cis}\,\theta e nn inteiro,

zn=rn cis(nθ)=rn(cos⁡nθ+i sen nθ).z^n = r^n\,\mathrm{cis}(n\theta) = r^n(\cos n\theta + i\,\mathrm{sen}\,n\theta).

O módulo vai à potência nn (não é multiplicado por nn); o argumento é multiplicado por nn (não vai à potência). Para nn negativo a fórmula continua valendo: z−1=r−1 cis(−θ)z^{-1} = r^{-1}\,\mathrm{cis}(-\theta).

A forma algébrica seria impraticável para expoentes altos; a polar resolve em duas linhas. Exemplo resolvido 10: uma potência alta. Calcule (1+i3)9(1 + i\sqrt{3})^9. Módulo 1+3=2\sqrt{1 + 3} = 2, argumento 60°60° (primeiro quadrante, tg=3\mathrm{tg} = \sqrt{3}). Então (1+i3)9=29 cis(540°)=512 cis 180°=−512(1 + i\sqrt{3})^9 = 2^9\,\mathrm{cis}(540°) = 512\,\mathrm{cis}\,180° = -512. Conferência por um atalho: (1+i3)3=8 cis 180°=−8(1 + i\sqrt{3})^3 = 8\,\mathrm{cis}\,180° = -8, e (−8)3=−512(-8)^3 = -512. Outro clássico: (1+i)10(1 + i)^{10} tem módulo (2)10=32(\sqrt{2})^{10} = 32 e argumento 450°=90°450° = 90°, logo vale 32i32i; confira por (1+i)2=2i(1 + i)^2 = 2i e (2i)5=32i5=32i(2i)^5 = 32i^5 = 32i.

Plano de Argand-Gauss com as potências z, z², z³, …, z⁸ de z = 1,15 cis 40° marcadas e ligadas por uma linha poligonal que se afasta da origem em espiral no sentido anti-horário; cada ponto tem argumento 40° maior que o anterior e módulo 1,15 vezes maior. Ao lado, as potências de u = cis 40°, de módulo 1, ficam todas sobre o círculo unitário, igualmente espaçadas de 40°.
Elevar à potência nn soma o argumento nn vezes e eleva o módulo a nn. Com módulo maior que 11, as potências espiralam para fora; com módulo 11, ficam sobre o círculo unitário, andando sempre o mesmo ângulo. Diagrama autoral.

Elevar ao quadrado dobra o argumento e eleva o módulo ao quadrado: z2=r2 cis 2θz^2 = r^2\,\mathrm{cis}\,2\theta. É esse o motor do conjunto de Mandelbrot, que o PAS 3 apresentou em 2011: para cada cc fixo, itera-se fc(z)=z2+cf_c(z) = z^2 + c a partir de 00, e cc pertence ao conjunto quando a sequência fc(0), fc(fc(0)), …f_c(0),\ f_c(f_c(0)),\ \ldots nunca sai do disco de raio 22. Na forma polar, fc(z)=r2 cis(2θ)+cf_c(z) = r^2\,\mathrm{cis}(2\theta) + c, e esse foi o formato de um dos itens.

Exemplo resolvido 11: testar três valores de cc à mão. (a) c=−1c = -1: 0→−1→(−1)2−1=0→−1→0…0 \to -1 \to (-1)^2 - 1 = 0 \to -1 \to 0 \ldots; a sequência oscila entre 00 e −1-1, dentro do disco: −1-1 pertence ao conjunto. (b) c=ic = i: 0→i→i2+i=−1+i→(−1+i)2+i=(1−2i+i2)+i=−i→(−i)2+i=−1+i→…0 \to i \to i^2 + i = -1 + i \to (-1 + i)^2 + i = (1 - 2i + i^2) + i = -i \to (-i)^2 + i = -1 + i \to \ldots; entra num ciclo entre −1+i-1 + i e −i-i, com módulos 2\sqrt{2} e 11, ambos menores que 22: ii pertence. © c=1c = 1: 0→1→2→50 \to 1 \to 2 \to 5; já o terceiro termo tem módulo 5>25 > 2: 11 não pertence. Repare que compor ff três vezes com c=0c = 0 dá ((z2)2)2=z8((z^2)^2)^2 = z^8, e não (z2)3=z6(z^2)^3 = z^6: a composição multiplica expoentes, a potência de f(z)f(z) os multiplica por outro número; a prova de 2011 cobrou precisamente essa diferença.

Um último fato sobre potências que decide itens inteiros: se ω=cis 360°n\omega = \mathrm{cis}\,\frac{360°}{n}, então ωn=cis 360°=1\omega^n = \mathrm{cis}\,360° = 1, e os expoentes de ω\omega podem ser reduzidos módulo nn: ωn+k=ωk\omega^{n + k} = \omega^k. Com n=4n = 4, ω=i\omega = i e ω13=i13=i\omega^{13} = i^{13} = i; com n=6n = 6, ω20=ω2\omega^{20} = \omega^{2}, porque 20=3⋅6+220 = 3 \cdot 6 + 2. Essa redução é a conta inteira da transformada discreta da última seção.

Raízes de zn=wz^n = w: o polígono regular

Quantos números satisfazem z3=−8z^3 = -8? Nos reais, um (−2-2). Em C\mathbb{C}, três, e De Moivre diz quais. Escreva w=−8=8 cis 180°w = -8 = 8\,\mathrm{cis}\,180° e procure z=ρ cis φz = \rho\,\mathrm{cis}\,\varphi com z3=ρ3 cis 3φ=8 cis 180°z^3 = \rho^3\,\mathrm{cis}\,3\varphi = 8\,\mathrm{cis}\,180°. Os módulos obrigam ρ3=8\rho^3 = 8, logo ρ=2\rho = 2. Os argumentos obrigam 3φ3\varphi a ser 180°180° ou 180°180° mais um número inteiro de voltas: 3φ=180°+360°k3\varphi = 180° + 360°k, isto é, φ=60°+120°k\varphi = 60° + 120°k. Para k=0,1,2k = 0, 1, 2 saem 60°60°, 180°180°, 300°300°; k=3k = 3 daria 420°=60°420° = 60° de novo. As três raízes são 2 cis 60°=1+i32\,\mathrm{cis}\,60° = 1 + i\sqrt{3}, 2 cis 180°=−22\,\mathrm{cis}\,180° = -2 e 2 cis 300°=1−i32\,\mathrm{cis}\,300° = 1 - i\sqrt{3}.

As $n$ raízes de $z^n = w$

Se w=∣w∣ cis φ≠0w = |w|\,\mathrm{cis}\,\varphi \neq 0, a equação zn=wz^n = w tem exatamente nn soluções:

zk=∣w∣n  cis(φ+360° kn),k=0,1,…,n−1.z_k = \sqrt[n]{|w|}\;\mathrm{cis}\left(\frac{\varphi + 360°\,k}{n}\right), \qquad k = 0, 1, \ldots, n - 1.

O módulo é comum a todas: R=∣w∣nR = \sqrt[n]{|w|}, a raiz de índice nn do módulo de ww (e não o próprio ∣w∣|w|); os argumentos partem de φn\frac{\varphi}{n} e crescem a passos iguais de 360°n\frac{360°}{n}. No desenho, os nn afixos ocupam os vértices de um polígono regular com nn lados, inscrito no círculo de raio RR centrado na origem. Se uma raiz z0z_0 é conhecida, as outras são z0 ωkz_0\,\omega^k com ω=cis 360°n\omega = \mathrm{cis}\,\frac{360°}{n}. As soluções de zn=1z^n = 1 são as raízes da unidade: ω0=1,ω,ω2,…,ωn−1\omega^0 = 1, \omega, \omega^2, \ldots, \omega^{n-1}, com soma zero.

Medidas do polígono que a prova pede, para raio RR e nn lados: o lado mede 2R sen180°n2R\,\mathrm{sen}\frac{180°}{n}; a distância entre dois vértices separados por mm passos mede 2R sen180° mn2R\,\mathrm{sen}\frac{180°\,m}{n} (a corda do ângulo central 360° mn\frac{360°\,m}{n}); o triângulo de lados RR, RR e ângulo central 360°n\frac{360°}{n} (origem mais um lado do polígono) tem área 12R2 sen360°n\frac{1}{2}R^2\,\mathrm{sen}\frac{360°}{n}, e o polígono inteiro, nn vezes isso. Para o triângulo equilátero inscrito (n=3n = 3), o lado é R3R\sqrt{3}; para o quadrado, R2R\sqrt{2}; para o hexágono, RR.

Plano de Argand-Gauss com a circunferência de raio 2 e as seis raízes de z⁶ = −64 marcadas nos ângulos 30°, 90°, 150°, 210°, 270° e 330°, numeradas z₀ a z₅ no sentido anti-horário e ligadas formando um hexágono regular. O ângulo central de 60° entre z₀ e z₁ está destacado, assim como o triângulo isósceles de lados 2, 2 e ângulo 60° entre a origem e esses dois vértices; a corda entre z₀ e z₂, que subtende 120°, está tracejada e rotulada 2√3.
As raízes de z6=−64z^6 = -64: módulo 646=2\sqrt[6]{64} = 2 (e não 6464), primeiro vértice em 180°6=30°\frac{180°}{6} = 30°, passo de 60°60°. O enunciado fala do hexágono; a conta mora no triângulo de lados RR, RR e ângulo 60°60° na origem: o lado é 2R sen 30°=R2R\,\mathrm{sen}\,30° = R, a corda que pula um vértice é 2R sen 60°=R32R\,\mathrm{sen}\,60° = R\sqrt{3}. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido 12: o triângulo de z3=−8z^3 = -8. Já achamos as raízes 1±i31 \pm i\sqrt{3} e −2-2, no círculo de raio 22. O lado do triângulo é 2⋅2⋅sen 60°=232 \cdot 2 \cdot \mathrm{sen}\,60° = 2\sqrt{3}; conferência direta: de (1,3)(1, \sqrt{3}) a (−2,0)(-2, 0), 9+3=12=23\sqrt{9 + 3} = \sqrt{12} = 2\sqrt{3}. A área, por ser equilátero, é (23)234=33\frac{(2\sqrt{3})^2\sqrt{3}}{4} = 3\sqrt{3}; pelo caminho dos triângulos centrais, 3⋅12⋅22⋅sen 120°=6⋅32=333 \cdot \frac{1}{2} \cdot 2^2 \cdot \mathrm{sen}\,120° = 6 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = 3\sqrt{3}, o mesmo valor. A prova de 2009 fez a mesma pergunta para z3=−iz^3 = -i (triângulo de raio 11, área 334\frac{3\sqrt{3}}{4}), e a de 2019 pôs urnas em vértices alternados do hexágono de z6=−729iz^6 = -729i (raio 7296=3\sqrt[6]{729} = 3, primeiro vértice a 45°45°) e perguntou a distância entre duas urnas, 2⋅3⋅sen 60°=332 \cdot 3 \cdot \mathrm{sen}\,60° = 3\sqrt{3}, e a área de cada seção.

Exemplo resolvido 13: o quadrado de z4=−4z^4 = -4. ∣w∣=4|w| = 4 e φ=180°\varphi = 180°: R=44=2R = \sqrt[4]{4} = \sqrt{2} e os argumentos são 45°,135°,225°,315°45°, 135°, 225°, 315°. As raízes são 2 cis 45°=1+i\sqrt{2}\,\mathrm{cis}\,45° = 1 + i, −1+i-1 + i, −1−i-1 - i e 1−i1 - i: um quadrado de lado 22 e área 44. Conferência: (1+i)2=2i(1 + i)^2 = 2i e (2i)2=−4(2i)^2 = -4. Repare que nenhuma raiz está sobre os eixos: o polígono começa em φn=45°\frac{\varphi}{n} = 45°, não em 0°0°. Sobre o mesmo tema, um item do PAS 3 de 2021 afirmava que os vértices de uma forma eram as raízes de z4−16z^4 - 16 somadas a um ponto fixo; as raízes de z4=16z^4 = 16 são ±2\pm 2 e ±2i\pm 2i, um quadrado com vértices nos eixos, e deslocá-lo pelo ponto dado levava dois vértices para fora do setor em que a forma estava desenhada.

Vértices numerados são outro formato: num polígono de 1212 vértices z1,…,z12z_1, \ldots, z_{12} sobre o círculo de raio 33, com z1=3z_1 = 3 e numeração no sentido anti-horário, zk=3 cis 30°(k−1)z_k = 3\,\mathrm{cis}\,30°(k - 1); assim z5=3 cis 120°=32(−1+i3)z_5 = 3\,\mathrm{cis}\,120° = \frac{3}{2}(-1 + i\sqrt{3}) e z8=3 cis 210°z_8 = 3\,\mathrm{cis}\,210°. Para comparar dois lados ou diagonais, compare os ângulos centrais: a corda entre z3z_3 (60°60°) e z8z_8 (210°210°) abrange 150°150°; a corda entre z5z_5 (120°120°) e z12z_{12} (330°330°) abrange 210°210° por um lado e 150°150° pelo outro, e cordas de mesmo ângulo central são iguais. Esse foi o bloco do polígono estrelado do PAS 3 de 2020, no qual também se anulou um item sobre os pontos zk3\frac{z_k}{3} (eles são as raízes de z12=1z^{12} = 1, as raízes da unidade sobre o círculo de raio 11).

O raio é $\sqrt[n]{|w|}$, e o primeiro vértice é $\frac{\varphi}{n}$

As raízes de z6=−729iz^6 = -729i têm módulo 33, não 729729; as de z6=z0z^6 = z_0 com ∣z0∣=r|z_0| = r têm módulo r6\sqrt[6]{r}, não rr (um item do PAS 3 de 2024 escrevia rr e por isso estava errado). E o polígono não precisa ter um vértice no eixo real: se ww não é real positivo, o primeiro vértice fica em φn\frac{\varphi}{n}. Desenhe a circunferência com o raio certo e o primeiro vértice no lugar certo antes de medir qualquer coisa.

Regiões do plano escritas com módulo e argumento

Uma condição sobre ∣z−z0∣|z - z_0| é uma condição de distância ao ponto z0z_0; uma condição sobre o argumento é uma condição de direção. Combinando as duas, descrevem-se regiões sem escrever nenhuma equação em xx e yy:

Condição Região
∣z−z0∣=R\lvert z - z_0 \rvert = R circunferência de centro z0z_0 e raio RR
∣z−z0∣<R\lvert z - z_0 \rvert < R (ou ≤\leq) interior do disco (com a fronteira, se ≤\leq)
R1≤∣z−z0∣≤R2R_1 \leq \lvert z - z_0 \rvert \leq R_2 coroa circular entre os raios R1R_1 e R2R_2
α≤arg⁡z≤β\alpha \leq \arg z \leq \beta setor angular (cunha) com vértice na origem
R1≤∣z∣≤R2R_1 \leq \lvert z \rvert \leq R_2 e α≤arg⁡z≤β\alpha \leq \arg z \leq \beta pedaço de coroa: dois arcos e dois segmentos radiais
∣z−z1∣=∣z−z2∣\lvert z - z_1 \rvert = \lvert z - z_2 \rvert mediatriz do segmento z1z2z_1 z_2
Re(z)≥a\mathrm{Re}(z) \geq a, Im(z)<b\mathrm{Im}(z) < b semiplanos à direita de x=ax = a, abaixo de y=by = b

Para decidir se um ponto está dentro, fora ou na fronteira, teste cada condição separadamente: um ponto só pertence à região se satisfaz todas. “Interior” costuma ser estrito; a igualdade põe o ponto na fronteira.

Plano de Argand-Gauss com a região 2 ≤ |z| ≤ 4 e 45° ≤ arg z ≤ 135° hachurada: um pedaço de coroa no alto, limitado pelos arcos de raios 2 e 4 e pelos segmentos das semirretas a 45° e 135°. Os quatro cantos estão marcados: (√2, √2), (2√2, 2√2), (−√2, √2) e (−2√2, 2√2). Três pontos de teste aparecem: 3i, dentro; 1 + i, fora, por ter módulo √2 menor que 2; e 3 + i, fora, por ter argumento menor que 45° apesar do módulo adequado.
Uma região escrita por módulo e argumento: distância entre 22 e 44 da origem, direção entre 45°45° e 135°135°. Dois arcos e dois segmentos radiais a delimitam; os cantos são os produtos dos raios pelos unitários dos ângulos-limite. Um ponto pertence se passa nos **dois** testes. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido 14: três pontos contra uma região. Seja R={z:1≤∣z−i∣≤2 e Re(z)≥0}\mathcal{R} = \{z : 1 \leq |z - i| \leq 2 \text{ e } \mathrm{Re}(z) \geq 0\}: a metade direita de uma coroa centrada em (0,1)(0, 1). (a) z=2iz = 2i: ∣2i−i∣=1|2i - i| = 1, na fronteira interna, e Re=0≥0\mathrm{Re} = 0 \geq 0; pertence (na fronteira). (b) z=1+3iz = 1 + 3i: ∣1+2i∣=5≈2,24>2|1 + 2i| = \sqrt{5} \approx 2{,}24 > 2; fora, por distância. © z=−1+iz = -1 + i: ∣−1∣=1|{-1}| = 1 está na faixa de distâncias, mas Re=−1<0\mathrm{Re} = -1 < 0; fora, por posição. O item do PAS 3 de 2021 sobre a escultura Meteoro era desse tipo: a forma ficava entre as circunferências ∣z−z1∣=2|z - z_1| = 2 e ∣z−z2∣=4|z - z_2| = 4 e entre as semirretas de 60°60° e 120°120°, e um ponto dado caía dentro do círculo menor, logo fora da forma.

Exemplo resolvido 15: desenhar a região de um item D. Desenhe {z=r cis θ:2≤r≤4, 45°≤θ≤135°}\{z = r\,\mathrm{cis}\,\theta : 2 \leq r \leq 4,\ 45° \leq \theta \leq 135°\} e dê os quatro cantos. É a figura acima: dois arcos centrados na origem, de raios 22 e 44, entre as direções 45°45° e 135°135°, fechados por dois segmentos radiais. Os cantos são 2 cis 45°=(2,2)≈(1,41; 1,41)2\,\mathrm{cis}\,45° = (\sqrt{2}, \sqrt{2}) \approx (1{,}41;\ 1{,}41), 4 cis 45°=(22,22)≈(2,83; 2,83)4\,\mathrm{cis}\,45° = (2\sqrt{2}, 2\sqrt{2}) \approx (2{,}83;\ 2{,}83), 2 cis 135°=(−2,2)2\,\mathrm{cis}\,135° = (-\sqrt{2}, \sqrt{2}) e 4 cis 135°=(−22,22)4\,\mathrm{cis}\,135° = (-2\sqrt{2}, 2\sqrt{2}). A área, se for pedida, é a fração do anel: 90°360° π(42−22)=3π≈9,42\frac{90°}{360°}\,\pi(4^2 - 2^2) = 3\pi \approx 9{,}42. Num item de resposta construída, escreva os cantos ao lado do desenho: eles mostram que os arcos e os segmentos estão nos lugares certos mesmo que o traço saia torto. Em 2021, o PAS 3 pediu exatamente um desenho assim, com raios 3\sqrt{3} e 33 entre 30°30° e 90°90°, numa malha de 00 a 44.

Dois itens antigos de regiões merecem registro pelo método. No mapa gaúcho de 2018, Cruz Alta estava em (−84,187)(-84, 187) e a região era um quarto de disco de raio 210210 no segundo quadrante: o quadrante confere, e 842+1872=7056+34969=42025=205≤210\sqrt{84^2 + 187^2} = \sqrt{7056 + 34969} = \sqrt{42025} = 205 \leq 210; pertence. Em 2012, a região era a coroa 25≤∣z∣≤9025 \leq |z| \leq 90 e o item afirmava que todas as substâncias de um gráfico estavam nela; bastou um ponto, o álcool em (56,85)(56, 85), com 562+852=10361≈101,8>90\sqrt{56^2 + 85^2} = \sqrt{10361} \approx 101{,}8 > 90, para derrubar a afirmação. Também em 2012, a forma polar do crack, em (80,32)(80, 32), foi escrita com módulo 74247424; esse número é 802+32280^2 + 32^2, o quadrado do módulo, que vale 7424≈86,2\sqrt{7424} \approx 86{,}2.

Um lugar geométrico mais sofisticado, que a prova de 2009 cobrou, é o dos zz para os quais z+1zz + \frac{1}{z} é real. Como 1z=zˉ∣z∣2\frac{1}{z} = \frac{\bar{z}}{|z|^2}, a parte imaginária de z+1zz + \frac{1}{z} é y−yx2+y2=y(1−1x2+y2)y - \frac{y}{x^2 + y^2} = y\left(1 - \frac{1}{x^2 + y^2}\right), que se anula quando y=0y = 0 (com z≠0z \neq 0) ou quando x2+y2=1x^2 + y^2 = 1: o eixo real sem a origem, unido ao círculo unitário.

Ler a figura: vértices, espirais, relógios e amostras

Os itens mais recentes do PAS 3 colocam os complexos dentro de uma figura ou de um contexto técnico, e a habilidade cobrada é traduzir a figura para a linguagem desta página. Quatro formatos já apareceram.

Vértices em posições complexas. Uma estrela de cinco pontas (2016) tinha as pontas nas raízes de z5=L5z^5 = L^5 e os vértices internos nas raízes de z5=−1z^5 = -1, sobre o círculo unitário. As raízes de z5=−1z^5 = -1 têm argumentos 180°+360°k5=36°,108°,180°,252°,324°\frac{180° + 360°k}{5} = 36°, 108°, 180°, 252°, 324°; o primeiro vértice interno está em (cos⁡36°,sen 36°)(\cos 36°, \mathrm{sen}\,36°), e um item que o colocava em π10=18°\frac{\pi}{10} = 18° estava errado. O mesmo bloco afirmava que todo ponto com ∣z∣<1|z| < 1 está no interior da estrela: certo, porque o disco unitário cabe inteiro dentro dela (os vértices internos estão sobre o círculo, e as arestas da estrela só tocam o círculo neles). Uma caixa de pizza hexagonal (2024) tinha os vértices nas raízes de z6=z0z^6 = z_0, com z0=r cis θ0z_0 = r\,\mathrm{cis}\,\theta_0: argumentos θ06+kπ3\frac{\theta_0}{6} + \frac{k\pi}{3} e módulo r6\sqrt[6]{r}.

O relógio das raízes da unidade. As 1212 raízes de z12=1z^{12} = 1 ocupam as posições das horas de um relógio, a 30°30° uma da outra, com ω=cis 30°\omega = \mathrm{cis}\,30°. Se um rótulo é dado em cada posição (em 2023, as notas do ciclo das quintas: o mi ocupava o topo do círculo e a lista avançava no sentido horário), localizar ωk\omega^k é contar: ω7\omega^7 tem argumento 210°210°; partindo de 90°90° e descendo 30°30° por nota, 210°210° é a nona nota da lista (oito passos de 30°30° abaixo do topo: 90°−240°=−150°=210°90° - 240° = -150° = 210°). Para treinar com um relógio comum: a posição das 4 horas está a 120°120° no sentido horário a partir das 12 (que ficam a 90°90°), isto é, em 90°−120°=−30°=330°90° - 120° = -30° = 330°, que é ω11\omega^{11}.

Círculo unitário com as doze raízes de z¹² = 1 marcadas como as horas de um relógio: ω⁰ = 1 nas 3 horas, ω³ = i nas 12 horas, ω⁶ = −1 nas 9 horas, ω⁹ = −i nas 6 horas, e as demais potências ω¹, ω², ω⁴, … nas posições intermediárias, a 30° uma da outra, com os expoentes crescendo no sentido anti-horário. As potências ω⁷ (210°) e ω¹¹ (330°) estão destacadas.
As raízes de z12=1z^{12} = 1 são as potências de ω=cis 30°\omega = \mathrm{cis}\,30° e ocupam as doze horas do relógio; ω12=1\omega^{12} = 1 fecha a volta, e qualquer expoente se reduz módulo 1212 (ω19=ω7\omega^{19} = \omega^7). Rótulos em cada posição (notas, cidades, amostras) viram uma contagem de passos de 30°30°. Diagrama autoral.

Espirais parametrizadas. Uma curva pode ser dada como um complexo que depende de um parâmetro, P(θ)=ρ(θ) cis θP(\theta) = \rho(\theta)\,\mathrm{cis}\,\theta; se ρ\rho cresce com θ\theta, é uma espiral. Exemplo resolvido 16. Para P(θ)=θπ cis θP(\theta) = \frac{\theta}{\pi}\,\mathrm{cis}\,\theta, 0≤θ≤2π0 \leq \theta \leq 2\pi, onde está o ponto de θ=3π2\theta = \frac{3\pi}{2}? O módulo é 32\frac{3}{2} e cis 270°=−i\mathrm{cis}\,270° = -i: P=−32iP = -\frac{3}{2}i, o ponto (0,−1,5)(0, -1{,}5). Em θ=π4\theta = \frac{\pi}{4}: módulo 14\frac{1}{4}, P=14(22+22i)=28(1+i)P = \frac{1}{4}\left(\frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{\sqrt{2}}{2}i\right) = \frac{\sqrt{2}}{8}(1 + i). A escadaria do Itamaraty (2024) apareceu como P=[2θπcos⁡(θ+π)−1]−i 2θπ sen(θ+π)P = \left[\frac{2\theta}{\pi}\cos(\theta + \pi) - 1\right] - i\,\frac{2\theta}{\pi}\,\mathrm{sen}(\theta + \pi); o +π+\pi dentro do cosseno e do seno troca o sinal dos dois (cos⁡(θ+π)=−cos⁡θ\cos(\theta + \pi) = -\cos\theta, sen(θ+π)=−sen θ\mathrm{sen}(\theta + \pi) = -\mathrm{sen}\,\theta), e o −1-1 desloca a espiral uma unidade para a esquerda. Em θ=5π4\theta = \frac{5\pi}{4}, 2θπ=52\frac{2\theta}{\pi} = \frac{5}{2} e cos⁡9π4=sen9π4=22\cos\frac{9\pi}{4} = \mathrm{sen}\frac{9\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2}, de modo que P=(524−1)−524iP = \left(\frac{5\sqrt{2}}{4} - 1\right) - \frac{5\sqrt{2}}{4}i; o item afirmava −524(1+i)-\frac{5\sqrt{2}}{4}(1 + i), com a parte imaginária certa e a real errada, o padrão “metade certa” já visto na divisão.

A transformada de Fourier discreta com poucas amostras. Dadas nn amostras x0,…,xn−1x_0, \ldots, x_{n-1} de um sinal, a transformada produz nn números fk=∑j=0n−1xj ωkjf_k = \sum_{j=0}^{n-1} x_j\,\omega^{kj}, com ω=e2πni=cis360°n\omega = e^{\frac{2\pi}{n}i} = \mathrm{cis}\frac{360°}{n}, e ∣fk∣|f_k| mede quanto da frequência kk há no sinal. Parece assustador, mas com nn pequeno é só a potência de um unitário e a redução de expoentes módulo nn. Exemplo resolvido 17. Para n=4n = 4 amostras x=(2,0,−2,0)x = (2, 0, -2, 0), ω=cis 90°=i\omega = \mathrm{cis}\,90° = i. Então f0=2+0−2+0=0f_0 = 2 + 0 - 2 + 0 = 0; f1=2⋅1+0⋅i+(−2) i2+0⋅i3=2+2=4f_1 = 2 \cdot 1 + 0 \cdot i + (-2)\,i^2 + 0 \cdot i^3 = 2 + 2 = 4; f2=2+(−2) i4=0f_2 = 2 + (-2)\,i^4 = 0; f3=2+(−2) i6=2+2=4f_3 = 2 + (-2)\,i^6 = 2 + 2 = 4. Leitura: as amostras são um cosseno que completa um ciclo em quatro amostras, e a transformada concentra tudo em f1f_1 (e no seu espelho f3f_3). Com n=6n = 6, ω=cis 60°\omega = \mathrm{cis}\,60° e ω6=1\omega^6 = 1: em f2=x0+x1ω2+x2ω4+x3ω6+x4ω8+x5ω10f_2 = x_0 + x_1\omega^2 + x_2\omega^4 + x_3\omega^6 + x_4\omega^8 + x_5\omega^{10}, os expoentes se reduzem a 0,2,4,0,2,40, 2, 4, 0, 2, 4 e o resultado agrupa-se em (x0+x3)+(x1+x4) ω2+(x2+x5) ω4(x_0 + x_3) + (x_1 + x_4)\,\omega^2 + (x_2 + x_5)\,\omega^4. O PAS 3 de 2022 cobrou os dois formatos: um f1f_1 numérico com quatro amostras (com um sinal plantado na parte imaginária) e a fórmula agrupada de f4f_4 com seis amostras.

Como a banca pergunta

Os números complexos renderam 4040 itens válidos em 1515 das 1818 provas do PAS 3 entre 2008 e 2025, quase sempre pendurados num texto-base de outra disciplina (um mapa, uma escultura, uma obra musical, um artigo de engenharia de áudio) seguido de um pressuposto curto que diz “cada ponto (x,y)(x, y) é identificado com o complexo z=x+iyz = x + iy”. Os formatos, do mais frequente ao mais raro:

  • Módulo, argumento e regiões (tipo A, julgar): a forma trigonométrica de um ponto da figura com o quadrante do argumento (2013), um argumento comparado a um limiar (2015, 2017), um ponto dentro ou fora de uma região dada por ∣z∣|z| e θ\theta (2018, 2012, 2021), uma coroa que deveria conter todos os pontos (2012), uma forma polar com ∣z∣2|z|^2 no lugar de ∣z∣|z| (2012), o conjunto de Mandelbrot (2011) e, uma vez, um item D para desenhar um pedaço de coroa (2021).
  • Forma algébrica e conjugado (tipos A, B e C): quocientes com o conjugado, com a parte real certa e a imaginária plantada (2025), a parte imaginária de um quociente em faixas (2015), o quociente de duas estações (2013), o módulo da parte imaginária de zw\frac{z}{w} multiplicado por um fator que cancela ∣w∣2|w|^2 (2017, tipo B, resposta 830830), a leitura das partes como quantidades (2025), um quociente real como reta pela origem (2012) e um par conjugado como raízes testado por soma e produto (2013, 2019).
  • Raízes de zn=wz^n = w (tipos A e C): a área do triângulo de z3=−iz^3 = -i (2009), a distância entre urnas e a área de seções no hexágono de z6=−729iz^6 = -729i (2019), vértices numerados do polígono de z12=312z^{12} = 3^{12} e a comparação de cordas (2020), ω7\omega^7 no ciclo das quintas (2023), o módulo das raízes de z6=z0z^6 = z_0 (2024), os vértices de uma forma como raízes deslocadas (2021), as coordenadas de um vértice de z5=−1z^5 = -1 (2016).
  • Multiplicar é girar e De Moivre (tipos A e C): girar uma figura multiplicando por ii (2016) ou por cis 60°\mathrm{cis}\,60° (2021), fc(z)=z2+cf_c(z) = z^2 + c na forma polar e a composição de ff com c=0c = 0 (2011), a transformada discreta com quatro e seis amostras (2022).
  • Forma exponencial: um ponto da figura identificado com eiθe^{i\theta} (2022) e uma soma de senos reescrita com e±iθe^{\pm i\theta} (2023).

Três reflexos cobrem a maior parte desses itens: marcar o ponto e ler o quadrante antes de qualquer conta; conferir as duas partes de qualquer resultado proposto (a banca costuma acertar uma e errar a outra); e, nas raízes, desenhar a circunferência com raio ∣w∣n\sqrt[n]{|w|} e o primeiro vértice em φn\frac{\varphi}{n} antes de medir.

Os erros que mais derrubam

  • Dividir parte por parte. a+bic+di\frac{a + bi}{c + di} não é ac+bdi\frac{a}{c} + \frac{b}{d}i; é (a+bi)(c−di)c2+d2\frac{(a + bi)(c - di)}{c^2 + d^2}.
  • Tomar ∣z∣2|z|^2 por ∣z∣|z|. 802+322=742480^2 + 32^2 = 7424 é o quadrado do módulo; o módulo é 7424\sqrt{7424}.
  • Ler o argumento pela tangente sem o quadrante. −1+i-1 + i está a 135°135°, não a 45°45°; −2−2i-2 - 2i está a 225°225°.
  • Trocar o sentido do giro. ii gira 90°90° anti-horário; −i-i gira 90°90° horário; −1-1 dá meia-volta.
  • Somar módulos ou multiplicar argumentos. No produto, módulos multiplicam e argumentos somam; em znz^n, o módulo vai a nn e o argumento é multiplicado por nn.
  • Usar ∣w∣|w| como raio das raízes. O raio é ∣w∣n\sqrt[n]{|w|}: 33 para z6=−729iz^6 = -729i, 2\sqrt{2} para z4=−4z^4 = -4.
  • Supor que sempre há um vértice sobre o eixo real. O primeiro vértice fica em φn\frac{\varphi}{n}; para z6=−729iz^6 = -729i, em 45°45°.
  • Aplicar o par conjugado a coeficientes não reais. z3+iz^3 + i e z2−2iz−1z^2 - 2iz - 1 não obedecem à regra.
  • Confundir total com módulo. Quando as partes contam coisas, o total é a+ba + b; o módulo é uma distância.
  • Julgar uma região por uma condição só. Distância e direção; interior é estrito, igualdade é fronteira.

O essencial em meia página

  • z=a+biz = a + bi, i2=−1i^2 = -1; a=Re(z)a = \mathrm{Re}(z), b=Im(z)b = \mathrm{Im}(z); igualdade = duas igualdades reais; ini^n pelo resto de nn por 44.
  • Afixo (a,b)(a, b) no plano de Argand-Gauss; soma = vetor (paralelogramo); produto pela distributiva com i2=−1i^2 = -1.
  • zˉ=a−bi\bar{z} = a - bi; z+zˉ=2az + \bar{z} = 2a; zzˉ=a2+b2=∣z∣2z\bar{z} = a^2 + b^2 = |z|^2; wz=wzˉ∣z∣2\dfrac{w}{z} = \dfrac{w\bar{z}}{|z|^2}; wz\dfrac{w}{z} real ⇔\Leftrightarrow ww e zz na mesma reta pela origem.
  • Bhaskara vale em C\mathbb{C}: −k=ik\sqrt{-k} = i\sqrt{k}; com coeficientes reais, raízes não reais vêm em pares conjugados; teste por soma 2p2p e produto p2+q2p^2 + q^2.
  • ∣z∣=a2+b2|z| = \sqrt{a^2 + b^2}; argumento pelo quadrante antes do ângulo; z=∣z∣ cis θ=∣z∣ eiθz = |z|\,\mathrm{cis}\,\theta = |z|\,e^{i\theta}; ∣z1−z2∣|z_1 - z_2| = distância; ∣z−z0∣=R|z - z_0| = R = circunferência.
  • eiθ=cos⁡θ+i sen θe^{i\theta} = \cos\theta + i\,\mathrm{sen}\,\theta; sen θ=i2e−iθ−i2eiθ\mathrm{sen}\,\theta = \frac{i}{2}e^{-i\theta} - \frac{i}{2}e^{i\theta}; eiπ=−1e^{i\pi} = -1.
  • No produto, os módulos se multiplicam e os argumentos se somam; um fator de módulo 11 só gira (ii: +90°+90°; −i-i: −90°-90°); girar em torno de z0z_0: z0+u(z−z0)z_0 + u(z - z_0); mesma coisa que a matriz R(θ)R(\theta).
  • De Moivre: zn=rn cis(nθ)z^n = r^n\,\mathrm{cis}(n\theta); z2z^2 dobra o argumento; ωn=1\omega^n = 1 reduz expoentes módulo nn.
  • zn=wz^n = w: nn raízes, módulo ∣w∣n\sqrt[n]{|w|}, argumentos φ+360°kn\frac{\varphi + 360°k}{n}; polígono regular; lado 2R sen180°n2R\,\mathrm{sen}\frac{180°}{n}; corda de mm passos 2R sen180°mn2R\,\mathrm{sen}\frac{180°m}{n}; triângulo central 12R2 sen360°n\frac{1}{2}R^2\,\mathrm{sen}\frac{360°}{n}.
  • Regiões: ∣z−z0∣≶R|z - z_0| \lessgtr R (disco), R1≤∣z∣≤R2R_1 \leq |z| \leq R_2 (coroa), α≤θ≤β\alpha \leq \theta \leq \beta (setor); teste cada condição; cantos = raio vezes unitário do ângulo-limite.
  • Figuras: vértices numerados zk=R cis(θ1+(k−1)360°n)z_k = R\,\mathrm{cis}(\theta_1 + (k - 1)\frac{360°}{n}); compare cordas por ângulos centrais; relógio das raízes da unidade; DFT = potências de ω\omega reduzidas módulo nn.

Exercícios temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.

Flashcards temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar os cartões de revisão.

COMPLEXOS: FORMA ALGÉBRICA, CLASSIFICAÇÃO E IGUALDADE (AULA 3/14)
Equaciona Com Paulo Pereira · 12:43
Introdução. Segundo a descrição do autor, o vídeo “apresenta a forma algébrica do número complexo (z = a+bi)”, expõe “a classificação que o número complexo tem (real, imaginário e imaginário puro)” e define “a igualdade entre complexos”: é exatamente o conteúdo da seção “Um número que guarda um ponto inteiro: a forma algébrica”, antes das operações. Faz parte de uma série de 14 aulas sobre complexos do mesmo canal, listada na descrição.
PLANO DE ARGAND-GAUSS, MÓDULO E ARGUMENTO DE UM NÚMERO COMPLEXO (EP 5)
Prof. MURAKAMI - MATEMÁTICA RAPIDOLA · 14:47
Aprofundamento. A descrição do autor anuncia a representação “no plano complexo conhecido também como plano de Argand-Gauss” e a passagem para “a sua forma trigonométrica, conhecida também como forma polar”, com módulo e argumento calculados em exemplos. Cobre as seções “Módulo e argumento: o endereço polar” e a armadilha do quadrante; assista antes de tentar os itens do VLT (2013) e dos bondes (2017).
COMPLEXOS: RADICIAÇÃO (2ª FÓRMULA DE MOIVRE) (AULA 14/14)
Equaciona Com Paulo Pereira · 15:34
Aplicação. O autor “trabalha com a segunda fórmula de Moivre, que trata da radiciação de números complexos” e mostra “a interpretação geométrica das raízes cúbicas de −1” (descrição do vídeo): é a seção “Raízes de zⁿ = w: o polígono regular” com o triângulo desenhado no círculo, a preparação direta para os itens das urnas (2019), da vareta (2009) e da caixa de pizza (2024).
PAS 3 | Matemática | Números Complexos - Radiciação | Prova de 2019 - Questão 93
PAS Digital · 13:42
Resolução de prova. “Resolução da Questão 93 da prova do PAS 3 de 2019” (descrição do canal): o item tipo C das três urnas nos vértices alternados das raízes de z⁶ = −729i, com a distância entre urnas e a área de cada seção. É o item vinculado nos exercícios desta página e discutido na seção das raízes; vale assistir depois de tentar sozinho.
Itens 78 e 79 PAS 3/UnB (Números complexos)
Avance Matemática · 6:58
Resolução de prova. Resolve os itens 78 e 79 do PAS 3 de 2025 (o texto-base do antropólogo e das colheitas z₁ = 2 + 2i e z₂ = 1 + 6i): a divisão pelo conjugado com a parte imaginária plantada e a leitura do total como soma das partes, que a seção “Somar é deslocar; multiplicar é distribuir” e a armadilha “Total é a + b” tratam. A descrição do canal é institucional; a identidade do conteúdo foi conferida pelo título e pela abertura do vídeo.
Rota PAS 3
Geometria analítica II e números complexos: o plano que mede e gira · PAS 3

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 3 — Geometria analítica II e números complexos: o plano que mede e gira · Números complexos: o ponto que faz conta; Módulo, argumento e a forma polar; Multiplicar é girar: rotações no plano complexo; Raízes de z^n = w: o polígono regular; Leia como na prova (bloco de 2025, itens 78 e 79); Como a banca cobra (linhas dos complexos); Resolvidos (3.º); Banco de treino T9 a T21

    O capítulo foi fonte de fatos, de recorte e dos 40 itens reais do PAS 3; a abertura, os exemplos, os números, as figuras e a ordem desta página são próprios. A página amplia o capítulo com igualdade e potências de i, Bhaskara em ℂ, forma exponencial de Euler e a conta completa da transformada discreta, da espiral e do ciclo das quintas.

  • Rota PAS 3 — Resoluções do Banco de treino (T9 a T21) · T9, T10, T11 (vareta de 2009), T13 (VLT de 2013), T14 e T15 (Mandelbrot de 2011), T16 (urnas de 2019), T17 a T21 (rotações e raízes)

    Gabaritos e raciocínios conferidos contra o gabarito oficial; as resoluções da página foram refeitas do zero.

  • Rota PAS 3 — Resoluções dos exercícios do capítulo (itens 4, 5, 10 a 17) · Nível 1 (itens 4 e 5: potências de i e (1 + i)²); Nível 2 (itens 10 a 13: cooperativas e forma polar); Nível 3 (itens 14 a 17: par conjugado, rotações compostas, mediatriz por módulos, quadrado de z⁴ = −16)

    Só os padrões de erro foram aproveitados; nenhum enunciado do livro foi copiado para as questões autorais.

  • Mapa de itens de Matemática do PAS 3 (p1-mat a p4-mat + grep nas três classificações) · Linhas NC (l.125–142) e resumo NC (l.185): 2025/78–79, 2013/66–68, 2015/110–111, 2017/85 e 88, 2012/52/54/55, 2019/87, 2009/14/15/17, 2018/86, 2016/88/90/91/92, 2011/46–50, 2021/111–114, 2022/95–97, 2023/79/81, 2024/85/93, 2020/95/97, 2019/93; 2020/96 anulado só na teoria

    Mapa vinculante; todos os itens foram abertos na imagem do caderno a 150 dpi (2024/93 a 300 dpi). Reusos por GUID: PAS 3 2011/46–48 (página conjuntos) e PAS 3 2016/92 (página angulos-e-poligonos).

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cespe/Cebraspe), texto extraído · PAS 3 2025 (itens 78–79), 2013 (66–68), 2015 (110–111), 2012 (52–55), 2019 (87, 93), 2009 (14–17), 2018 (86), 2021 Parte 2 (111–114), 2022 (95–97), 2023 (79, 81), 2024 (85, 93), 2020 Parte 2 (95–97); 2016 e 2011 sem números de item no txt; 2017 cifrado

    Itens reproduzidos verbatim; gabaritos lidos nos GAB oficiais e conferidos em classificacao-pas3/AAAA.json.

  • Cadernos em PDF (figuras impressas e itens cifrados) · 2017-PAS3 p. 14 (mapa dos bondes: Gávea (−7, 9), Jardim Botânico (−5, 7), Tijuca (3, 8); itens 85 e 88 lidos na imagem); 2016-PAS3 p. 14 do PDF (p. 13 do caderno: estrela de cinco pontas, itens 88–92); 2011-PAS3 p. 13 (Mandelbrot, itens 46–50); 2013-PAS3 p. 10 (VLT: A(−9, 2), B(−3, 6), C(1, 3), D(5, −2), E(7, −3), F(12, 1)); 2012-PAS3 p. 12 (dispersão das drogas: cocaína (42, 5), crack (80, 32), álcool (56, 85)); 2009-PAS3 p. 5 (vareta cuneiforme); 2018-PAS3 p. 13 (mapa do RS, Cruz Alta (−84, 187)); 2021-PAS3 Parte 2 p. 13 (Meteoro e malha do item 114); 2022-PAS3 p. 13–14 (DFT e Figura V); 2023-PAS3 p. 10 (ciclo das quintas); 2024-PAS3 p. 12–13 (espiral do Itamaraty; item 93 a 300 dpi); 2020-PAS3 Parte 2 p. 9 (polígono estrelado z₁ a z₁₂)

    No caderno de 2024, o item 93 está impresso sem o i antes do seno (z_k = r[cos(…) + sen(…)]); a página reproduz o item como impresso e o livro Rota PAS 3 foi ajustado.

  • Classificação oficial dos itens do PAS 3 (gabaritos por ano) · Itens 78 (E) e 79 (C); os demais anos em classificacao-pas3/AAAA.json: 2013/66 C, 67 C, 68 B; 2015/110 E, 111 B; 2017/85 E, 88 = 830; 2012/52 C, 54 E, 55 E; 2019/87 E, 93 B; 2009/14 E, 15 C, 17 C; 2018/86 C; 2016/88 C, 90 C, 91 E, 92 E; 2011/46 C, 47 C, 48 E, 49 E, 50 C; 2021/111 E, 112 E, 113 C, 114 D; 2022/95 E, 96 E, 97 B; 2023/79 C, 81 B; 2024/85 E, 93 E; 2020/95 E, 96 anulado, 97 B

    Gabaritos definitivos; 2020/96 anulado fica só na teoria.