该复数的数值集合覆盖实数,多项式包括负数的对根的所有根。这些根在实数集中不存在,但是在复数中有解决方案。
复数由实部和称为“虚部”的部分组成。例如,实数部分称为a,而虚数部分ib称为实部,其中a和b为实数,“ i”为虚数单元。这样,复数采用以下形式:
图1.-以实部和虚部表示复数的二项式表示。资料来源:
复数的示例是2-3i,-πi,1 +(1/2)i。但是在与它们运算之前,让我们考虑一下这个二次方程,看看我虚构单元的来源:
X 2 - 10X + 34 = 0
其中a = 1,b = -10,c = 34。
在应用解析公式确定解决方案时,我们发现以下内容:
如何确定√-36的值?没有平方的实数产生负数。然后得出结论,该方程式没有实际解。
但是,我们可以这样写:
√-36 =√6 2 =√6 2(-1)=6√-1
如果我们定义某个值x使得:
x 2 = -1
所以:
x =±√-1
上面的方程式有一个解决方案。因此,假想单位定义为:
i =√-1
所以:
√-36= 6i
许多古代的数学家都致力于解决类似的问题,例如文艺复兴时期的吉罗拉莫·卡尔达诺(1501-1576),尼科洛·丰塔纳(1501-1557)和拉斐尔·邦贝利(1526-1572)。
几年后,勒内·笛卡尔(RenéDescartes,1596-1650)将数量称为“虚数”,例如√-36。因此,√-1被称为虚数单位。
复数的性质
-复数的集合被表示为C,并且包括实数R和虚数Im。数字集在维恩图中表示,如下图所示:
图2.数字集的维恩图。资料来源:F. Zapata。
-所有复数均由实部和虚部组成。
-当复数的虚部为0时,它是纯实数。
-如果复数的实部为0,则该数字为纯虚数。
-如果两个复数的实部和虚部相同,则它们相等。
-对于复数,执行已知的加,减,乘,乘和加运算,从而产生另一个复数。
复数的表示
复数可以多种方式表示。这里是主要的:
-二项式
它是开头给出的形式,其中z是复数,a是实数部分,b是虚数部分,i是虚数单位:
或者:
绘制复数的一种方法是遍历该图中所示的复数平面。假想轴Im是垂直的,而实轴是水平的,表示为Re。
复数z在此平面中表示为坐标(x,y)或(a,b)的点,因为它是用实平面的点完成的。
从原点到点z的距离是复数的模数,记为r,而φ是r与实轴的夹角。
图3.复数平面中的复数表示。资料来源:维基共享资源。
该表示与真实平面中的矢量的表示密切相关。r的值对应于复数的模数。
-极地形状
极坐标形式包括通过给出r和φ的值来表示复数。如果看图,r的值对应于直角三角形的斜边。支腿值a和b,或x和y。
从二项式或二项式,我们可以通过以下方式移至极坐标形式:
角度φ是由段r与水平轴或虚轴形成的角度。它被称为复数参数。通过这种方式:
考虑到每次转弯时(价值2π弧度),r再次占据相同位置,因此该参数具有无限值。以这种通用方式,表示为Arg(z)的z的自变量表示如下:
其中k是整数,用于表示转弯的匝数:2、3、4…。如果顺时针或逆时针,则符号指示旋转方向。
图4.复数平面中复数的极坐标表示。资料来源:维基共享资源。
如果要从极坐标形式转换为二项式形式,请使用三角比。从上图可以看到:
x = r cosφ
y = r sinφ
这样z = r(cosφ+ i sinφ)
缩写如下:
z = r顺
复数的例子
以下复数以二项式形式给出:
a)3 +我
b)4
d)-6i
这些是有序对的形式:
a)(-5,-3)
b)(0,9)
c)(7.0)
最后,该组以极坐标或三角函数形式给出:
a)√2顺式45º
b)√3顺30º
c)2顺式315º
他们是干什么的?
复数的用处超出了解决开头所示的二次方程的范围,因为它们在工程和物理领域至关重要,尤其是在:
-电磁波的研究
-交流电压分析
-各种信号的建模
-相对论,其中时间假设为虚数。
复数运算
使用复数,我们可以执行用实数完成的所有操作。如果数字采用二项式形式,则更容易执行,例如加减。相反,如果乘法和除法以极形式进行,则更简单。
让我们看一些例子:
-范例1
加z 1 = 2 + 5i和z 2 = -3 -8i
解
实部与虚部分开添加:
z 1 + z 2 =(2 + 5i)+(-3 -8i)= -1 -3i
-示例2
分别乘以z 1 = 4 cis45º和z 2 = 5 cis120º
解
可以证明,极性或三角形式的两个复数的乘积由下式给出:
ž 1。ž 2 = R 1.R 2顺式(φ 1 +φ 2)
根据这个:
ž 1。z 2 =(4×5)顺式(45 + 120)= 20顺式165º
应用
复数的一个简单应用是找到多项式方程的所有根,如本文开头所示。
在等式的情况下,x 2 - 10X + 34 = 0时,将所述解析公式我们得到:
因此,解决方案是:
x 1 = 5 + 3i
x 2 = 5-3i
参考文献
- 伯爵河。复数。从以下位置恢复:maths.ox.ac.uk。
- Figuera,J.,2000年。《数学第一》。多元化。CO-BO版本。
- 霍夫曼,J.,2005年。《数学主题的选择》。Monfort出版物。
- Jiménez,R.,2008年。代数。学徒大厅。
- 维基百科。复数。从以下位置恢复:en.wikipedia.org