当我们考虑复数时,我们通常会考虑使用这个奇怪的术语来进行代数运算,这似乎有些武断,容易忘记。 实际上,我们正在做的事情是有形的并且可以可视化。
好了
在这篇文章之后,您可能永远不会再想到复数了……是的,那是一件好事。
注意: 如果您想了解虚数是什么以及它们在复杂平面上的运算方式,请查看 这篇文章 。
复数是实数和虚数之和,表示为a + b i。 使用复数平面,我们可以绘制复数,类似于在笛卡尔平面上绘制坐标的方式。
这里有一些例子:
3 + 2 我
1 – 4 我
-3 + 3.5 我
只需在水平轴上的实部和垂直轴上的虚部的交点处画一个点。
到目前为止,这是最简单,最直观的操作。 加/减实数可在实轴上左右转换点,加/减虚数可在虚轴上上下转换点。
从算术上讲,这与在代数中组合类似的术语是一样的。
例如,如果我们从3 + 2 i中减去1-4 i,我们只需计算出实际差值即可:
3 – 1 = 2
和假想的区别:
2 i –(-4 i )= 2 i + 4 i = 6 i。
这与绘制点3 + 2 i并将其向左平移1个单位并向上平移4个单位相同 。 结果就是答案: 2 + 6 i。
我们还可以将这些点视为向量 。
首先分配负号,这样我们就有了:(3 + 2 i )+(-1 + 4 i )。
接下来绘制两个点,线段从原点射出。


要添加这些点,只需将一个堆叠在另一个之上即可。 由于加法是可交换的,因此我们以何种方式堆叠它们并不重要。


这似乎有点过分,但这就是问题: 了解向量表示将使复数的乘法和除法变得更加容易。
该操作不太明显,让我们感到奇怪:
将两个复数相乘是什么意思?
通常,我们知道乘以实数会缩放该值,并且在上一篇文章中了解到,乘以i会将值逆时针旋转90°,但是这又如何呢?


为了更好地掌握,让我们分配第一个二项式到第二个二项式。


好了,现在我们可以在执行转换后通过堆叠向量来执行加法运算。 让我们尝试一下。
首先,我们有(3 + 2 i )(1),即(3 + 2 i )被1缩放。


接下来,我们有(3 + 2 i )(-4 i )。 我们在这里发生了两件事:缩放和旋转。
首先,通过将(4)(3 + 2 i )乘以得到(12 + 8 i ),将其缩放4。


我们还需要乘以– i。 召回 乘以– i是顺时针旋转90°。


注意:这与我们在i =√-1中求和的代数匹配:


最后一步是通过堆叠向量执行加法。


我们的最终答案是11 – 10 i 。
现在您可能在想,
“布雷特,为什么我们不能只用代数解决呢?”
没错,我们可以使用代数来解决这个问题。 实际上,这是解决问题的最有效方法(尽管缺乏洞察力 您可以通过绘图获得)。
如果我不给你两个方向的话,我将是一个糟糕的数学家。 因此,对于我所有爱好代数的朋友,以下是扩展和简化上述问题的方法:


让我们除以(3 + 2 i )/(1–4 i )。
在这一点上,您可能认为您可以将实部和虚部进行分割……但步伐并没有那么快。


就像在代数中一样,我们必须将分母分为分子的两个项,这给我们带来了同样的问题:
除以复数的真正含义是什么?
说实话,这很令人困惑,也没有很好的解释。 如果我们能消除分母中的虚数,那会不会很好?
好消息→这正是我们要做的!
复杂共轭
解决此问题的关键是弄清楚如何将分母更改为纯ole实数。
最简单的方法是使用复共轭 。
要找到复共轭,只需将虚部上的符号翻转即可。 例如,(1-4 i )的复共轭是(1 + 4 i )。
当我将它们相乘时,我得到17:


当然,我不能只将分母乘以(1 + 4 i )。 像任何分数一样,如果我想将分母乘以一个值,我还必须将分子乘以该值。


现在这很有意义。 我们有两个在分子上相乘的复数,我们从上一节中知道了如何处理,并且我们将整个事情按1/17缩放。
您可以使用图形或代数捷径来解决此问题:


那还不错,不是吗?
我喜欢看到以多种方式解决问题的方法,是您有机会真正地了解一个概念,并以一种无法同时看到两种方法的方式完全理解它。 您不仅会偶然发现令人垂涎的aha! 此刻,当您需要解决更棘手的问题时,现在您的武器库中有了更多的工具。
谢谢阅读!