复数(Complex number),是一种“复合的数”,由实数和虚数单位所组成。所有的复数都可表达成

虚数单位

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为何需要虚数单位

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  • 解方程: 

从以上一元二次方程的判别式 中,我们可以知道这条方程没有实根。如果你不曾学过虚数,大概答至这里便可了。若果你学了虚数,又应怎样答呢?

你应答  ,其中 是常数,其值为 ,称为虚数单位

如上题:判别式=  ,  

可记做: ,  

在古代,数学的应用大多用不着复数,因此人们并没有对复数进行研究。

运算

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 ,其中 
 

切记以下的计法不正确:

 

 只能应用于 时,因为负数的开方是不连续的。

  的高次方会不断作以下的循环:

 
 
 
 


 
 
 
 


...

练习

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 是整数,试计算以下的值:

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  

复数的表示:实部、虚部、轭、模

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所有复数都可以表示成 ,其中 是实数。 称为实部,而 称为虚部。例如 的实部就是 ,虚部是 

一个复数 (Conjugates)是  的轭就是 。如果某个复数是一条二次方程的根,其轭就是另一个根。例如 的根就是  

复数 的轭写作 。复数和其轭相乘,即 ,是一个实数。将复数和轭相加, ,亦是一个实数,是其实部的两倍。将复数减去复数的轭相减, ,会得到其虚部的两倍。  称为 绝对值

练习

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运算

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四则运算

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在四则运算上,复数运算和一般运算无甚差异:

  • 加、减法:实部加实部,虚部加虚部: 
  • 乘法: 
  • 除法:可将分母“实数化”,方法是分子、分母乘以分母的轭作扩分: 

例1:   

例2:求 之值。   

开方

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要找一个复数的开 次幂,可以先求 的展开式,再对应欲开 次幂的复数的虚部和实数求解。

例: ,求 

 
 
 

解方程得  ,因此,  

幂、对数

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参见#幂、对数的计算

复数平面

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本来卡氏座标要有两个座标来表示位置,当有了复数后我们只需要一个复数就可以表示座标上的位置,用这样方式表示座标平面称为复座标或复平面。复平面由一实轴和虚轴组成。

有序对

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单位圆

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欧拉公式

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等式 称为复数的欧拉公式(Euler's complex number formula)。 当x为π时,   这是一道被誉为美妙无比的式子,因等式将数学内五个极重要的数:   ,1,0,连起来.

幂、对数的计算

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棣美弗公式

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几何上的应用

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向量

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复数向量是表示在复平面上的向量

向量z= 

在实轴上的正射影长为a,在虚轴上的正射影长为b

长度为 

变换

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位移

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旋转

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例子

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凡·奥贝尔定理的证明

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高斯整数、艾森斯坦整数

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质数

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练习解答

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练习一

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  1. 1
  2.  
  3. -1
  4.  
 
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