引入
两个复数相乘,为什么结果的角度等于两个角之和?
复数的除法为什么要乘共轭?
为什么乘以 相当于旋转 ?
正文
定义
复数 、 的运算按实数运算法则进行,只需用 化简。
加减法
几何意义:向量平移(平行四边形法则)。与向量的加法完全一致。
乘法
代数式:
三角式:
| 量 | 变化 |
|---|---|
| 模 | 相乘: |
| 辐角 | 相加: |
“模相乘、角相加”是复数乘法的本质。它把乘法变成了旋转与伸缩的组合。
乘法的几何意义
乘以 :
对应点 ,即逆时针旋转 。
| 乘数 | 效果 |
|---|---|
| 逆时针旋转 | |
| 旋转 | |
| 旋转 | |
| 模放大 倍,不旋转 |
这就是复数在几何变换中不可替代的原因:它用一次乘法同时表达了”旋转”和”缩放”。
除法
乘共轭的目的是把分母变成实数,因为 是实数。
三角式:
| 量 | 变化 |
|---|---|
| 模 | 相除 |
| 辐角 | 相减 |
乘方与开方
由乘法法则, 次方为
这就是棣莫弗定理。
开方则是反问题: 有 个解,
次方根有 个,在复平面上均匀分布在一个圆上。这是实数开方(通常只取一个或两个值)所没有的现象。
运算律
| 运算律 | 是否成立 |
|---|---|
| 加法交换律 | 成立 |
| 加法结合律 | 成立 |
| 乘法交换律 | 成立 |
| 乘法结合律 | 成立 |
| 乘法对加法分配律 | 成立 |
| 大小比较 | 不成立 |
复数域满足域的全部公理(除序关系外),所以可以像实数一样做代数运算,只是不能比大小。
典型计算
技巧:分母为 时,乘 是最快的。
是关键恒等式,很多高次计算都从这里拆。
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| ”复数除法直接除实部虚部” | 必须乘共轭 |
| "" | 是相乘 |
| ”开方只取主值” | 次方有 个根 |
| "" | 根号法则对负数不成立,应为 |
| “乘以 是顺时针转” | 是逆时针 |
引出
为什么复数开方会有 个根,而实数开方通常只取一个?
乘以 与旋转矩阵是同一件事吗?
复数乘法与二维旋转的对应,能否推广到三维?