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複數


複數是 C,是 形如 x+iy 的數字,其中 xy實數,而 i虛數單位,等於 平方根 -1sqrt(-1)。當使用單個字母 z=x+iy 表示複數時,有時稱為“附標”。在分量表示法中,z=x+iy 可以寫成 (x,y) 複數包括 實數 作為 子域

複數集在 Wolfram 語言 中實現為Complexes。數字 x 然後可以被測試以檢視它是否是複數,使用命令Element[x,Complexes],並且作為複數的表示式具有HeadComplex.

複數是有用的抽象量,可以用於計算併產生物理上有意義的解。然而,認識到這一事實是數學家們花了很長時間才接受的。例如,約翰·沃利斯寫道:“這些虛數(通常被稱為)從負平方的假定根(當它們發生時)被認為意味著所提出的情況是不可能的”(Wells 1986,第 22 頁)。

ComplexNumberArgand

透過 尤拉公式,複數

 z=x+iy
(1)

可以寫成“相量”形式

 z=|z|(costheta+isintheta)=|z|e^(itheta).
(2)

這裡,|z| 被稱為 複數模(或有時稱為複數範數),而 theta 被稱為 複數輻角相位。上面的圖顯示了所謂的 阿根圖,表示點 z,其中虛線圓表示 複數模 |z|z,角度 theta 表示其 複數輻角。從歷史上看,複數作為平面中一個點的幾何表示非常重要,因為它使複數的整個概念更容易接受。特別是,“虛數”部分地透過其視覺化而被接受。

與實數不同,複數沒有自然的排序,因此沒有複數值不等式的類似物。然而,當將它們視為 複平面 中的元素時,這個性質並不令人驚訝,因為平面中的點也缺乏自然的排序。

絕對平方 z 定義為 |z|^2=zz^_,其中 z^_複共軛,並且輻角可以從下式計算

 arg(z)=theta=tan^(-1)(y/x).
(3)

實部 R(z)虛部 I(z) 由下式給出

R(z)=1/2(z+z^_)
(4)
I(z)=(z-z^_)/(2i)
(5)
=-1/2i(z-z^_)
(6)
=1/2i(z^_-z).
(7)

棣莫弗恆等式 關聯了複數的 ,對於實數 n,透過

 z^n=|z|^n[cos(ntheta)+isin(ntheta)].
(8)

複數 z 到正整數指數 n 可以寫成閉合形式

 z^n=[x^n-(n; 2)x^(n-2)y^2+(n; 4)x^(n-4)y^4-...] 
 +i[(n; 1)x^(n-1)y-(n; 3)x^(n-3)y^3+...].
(9)

前幾個顯式地是

z^2=(x^2-y^2)+i(2xy)
(10)
z^3=(x^3-3xy^2)+i(3x^2y-y^3)
(11)
z^4=(x^4-6x^2y^2+y^4)+i(4x^3y-4xy^3)
(12)
z^5=(x^5-10x^3y^2+5xy^4)+i(5x^4y-10x^2y^3+y^5)
(13)

(Abramowitz 和 Stegun 1972)。

複數加法

 (a+bi)+(c+di)=(a+c)+i(b+d),
(14)

複數減法

 (a+bi)-(c+di)=(a-c)+i(b-d),
(15)

複數乘法

 (a+bi)(c+di)=(ac-bd)+i(ad+bc),
(16)

複數除法

 (a+bi)/(c+di)=((ac+bd)+i(bc-ad))/(c^2+d^2)
(17)

也可以為複數定義。複數也可以取複數冪。例如,複數指數運算 遵循

 (a+bi)^(c+di)=(a^2+b^2)^((c+id)/2)e^(i(c+id)arg(a+ib)),
(18)

其中 arg(z)複數輻角


參見

絕對平方, 阿根圖, 複數輻角, 複數除法, 複數指數運算, 複數模, 複數乘法, 複平面, 複數減法, i, 虛數, 相位, 相量, 實數, 超實數 在 課堂中探索此主題

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參考文獻

Abramowitz, M. 和 Stegun, I. A. (編). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 16-17, 1972.Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 353-357, 1985.Bold, B. "Complex Numbers." Ch. 3 in Famous Problems of Geometry and How to Solve Them. New York: Dover, pp. 19-27, 1982.Courant, R. 和 Robbins, H. "Complex Numbers." §2.5 in What Is Mathematics?: An Elementary Approach to Ideas and Methods, 2nd ed. Oxford, England: Oxford University Press, pp. 88-103, 1996.Ebbinghaus, H. D.; Hirzebruch, F.; Hermes, H.; Prestel, A; Koecher, M.; Mainzer, M.; 和 Remmert, R. Numbers. New York: Springer-Verlag, 1990.Krantz, S. G. "Complex Arithmetic." §1.1 in Handbook of Complex Variables. Boston, MA: Birkhäuser, pp. 1-7, 1999.Mazur, B. Imagining Numbers (Particularly the Square Root of Minus Fifteen). Farrar, Straus and Giroux, 2003.Morse, P. M. 和 Feshbach, H. "Complex Numbers and Variables." §4.1 in Methods of Theoretical Physics, Part I. New York: McGraw-Hill, pp. 349-356, 1953.Nahin, P. J. An Imaginary Tale: The Story of -1. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2007.Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; 和 Vetterling, W. T. "Complex Arithmetic." §5.4 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 171-172, 1992.Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Numbers. Middlesex, England: Penguin Books, pp. 21-23, 1986.Wolfram, S. A New Kind of Science. Champaign, IL: Wolfram Media, p. 1168, 2002.

在 上被引用

複數

請引用本文為

Weisstein, Eric W. "複數。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/ComplexNumber.html

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