复数是可以写成如下形式的数:
z = a + b i其中 a 和 b 是实数,i 是满足关系 i² = -1 的常用符号。数 a 是 z 的实部,记作 operatornameRe z ,数 b 是 z 的虚部,记作 operatornameIm z 。两个复数相等当且仅当它们的实部和虚部分别相等。例如,如果 z = 5 + (-2)i ,那么 operatornameRe z = 5 , operatornameIm z = -2 ,可以简记为 z = 5 - 2i 。
一个实数 a 可以认为是一个特殊类型的复数,即将 a 和 a + 0i 作为一个数。更进一步,实数上的算术运算可以扩展到复数集合上。
复数系是所有复数的集合,记作 ℂ ,具有下面的加法和乘法运算:
(a + b i) + (c + d i) = (a + c) + (b + d) i (1) (a + b i) (c + d i) = (a c - b d) + (a d + b c) i (2)这些法则当(1)和(2)式中 b 和 d 为零时,是普通实数的加法和乘法。容易验证,在 ℝ 上的常见法则在 ℂ 上同样成立。由于这个原因,乘法常用扩展的代数法则来计算。
也就是说,用项 (3+4i) 乘5-2i的每一项,利用 i²=-1 ,并将结果写成 a+bi 的形式.
复数 z₁ 和 z₂ 的减法定义为
z _ 1 - z _ 2 = z _ 1 + (- 1) z _ 2特别地,我们用 -z 代替 (-1)z .
复数 z = a + bi 的共轭复数是复数 overlinez (读作 “z 杠”),定义为
overline z = a - b ioverlinez 可用 z 中相反的虚部符号来得到.
-3+4i 的共轭复数是 -3-4i,记作 overline-3+4i=-3-4i .
如果 z = a + bi ,那么
z overline z = (a + b i) (a - b i) = a ^ 2 - a b i + b a i - b ^ 2 i ^ 2 = a ^ 2 + b ^ 2 (3)由于 zoverlinez 是实数且非负,故它有一个平方根.z 的绝对值(或模)是实数 |z| 且定义为
| z | = sqrt z overline z = sqrt a ^ 2 + b ^ 2如果 z 是实数,那么 z = a + 0i 且 |z| = √(a²) ,它等于平常意义下的 a 的绝对值.
下面列出一些关于共轭复数和绝对值的有用性质,设 w 和 z 表示复数.
-
overlinez = z 的充分必要条件是 z 是实数.
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overlinew+z=overlinew+overlinez
-
overlinewz = overlinewoverlinez ; 特别地,如果 r 是实数,则 overlinerz = roverlinez .
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zoverlinez = |z|² ≥slant 0
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|wz| = |w||z| .
-
|w + z| ≤slant |w| + |z| .
如果 z ≠ 0 ,那么 |z| > 0 且 z 有一个乘法的倒数,记作 1 / z 或 z⁻1 且有
frac 1z = z ^ - 1 = frac overline z| z | ^ 2当然,商 w/z 简单表示为 w · (1/z) .
令 w = 3 + 4i 和 z = 5 - 2i ,计算 zoverlinez,|z| 和 w / z
解
由(3)式,
z overline z = 5 ^ 2 + (- 2) ^ 2 = 2 5 + 4 = 2 9对绝对值, |z| = sqrtzoverlinez = √(29) .为计算 w / z ,首先分子和分母同乘以 overlinez ,即分母的共轭复数.由(3)式,这个运算可消去分母中的i:
r l frac wz & = frac 3 + 4 i5 - 2 i = frac 3 + 4 i5 - 2 i. frac 5 + 2 i5 + 2 i = frac 1 5 + 6 i + 2 0 i - 85 ^ 2 + (- 2) ^ 2 & = frac 7 + 2 6 i2 9 = frac 72 9 + frac 2 62 9 i每一个复数 z = a + bi 对应于平面 ℝ² 上的一个点 (a,b) ,如图B-1所示。水平轴称为实轴,因为它上面的点 (a,0) 对应实数,垂直的轴称为虚轴,因为它上面的点 (0,b) 对应形如 0 + bi (简记为 bi )的纯虚数。 z 的共轭复数是 z 关于实轴的镜像, z 的绝对值是从原点到 (a,b) 的距离。

图B-1 共轭复数是一个镜像
复数 z = a + bi 和 w = c + bi 的加法对应于 ℝ² 中 (a,b) 和 (c,b) 的向量加法,如图B-2所示.

图B-2 复数的加法
为给出复数乘法的图形表示,我们使用 ℝ² 中的极坐标.给定一个非零复数
z = a + b i设 φ 是正实轴和点 (a,b) 间的夹角,如图B-3所示,其中 -π < φ ≤slant π 。角 φ 称为 z 的辐角,记为 φ = arg z 。从三角函数得
a = | z | cos φ b = | z | sin φ因而
z = a + b i = | z | (cos φ + i sin φ)
图B-3 z 的极坐标
如果 w 是另一个非零复数,如
w = | w | (cos θ + i sin θ)则利用关于正弦和余弦两角和的标准三角函数公式,可以验证
w z = | w | | z | [ cos (θ + φ) + i sin (θ + φ) ] (4)见图 B-4. 类似可以写出极坐标形式的复数除法公式.乘法和除法公式可用文字描述如下.
极坐标系下,两个非零复数的乘法表示为它们绝对值的相乘和辐角相加。极坐标系下,两个非零复数的除法表示为它们绝对值的相除和辐角之差。
a.如果 w 的绝对值为1,那么 w = cos θ + isin θ ,其中 θ 是 w 的辐角。对任意非零复数 z 乘复数 w ,简单表示为复数 z 旋转 θ 角度。

图 B-4 极坐标系中的乘法
b. i 本身的辐角为 (π)/(2) ,所以,用 i 来乘复数 z 是将 z 旋转 (π)/(2) 弧度。例如, 3 + i 旋转为 (3 + i)i = -1 + 3i 。见图 B-5。

图B-5 乘以i
公式(4)中,如果 z = w = r(cos φ +isin φ) ,则有
r l z ^ 2 & = r ^ 2 (cos 2 φ + i sin 2 φ) z ^ 3 & = z · z ^ 2 & = r (cos φ + i sin φ) · r ^ 2 (cos 2 φ + i sin 2 φ) & = r ^ 3 (cos 3 φ + i sin 3 φ)一般地,对任意正整数 k
z ^ k = r ^ k (cos k φ + i sin k φ)这个结论被称为棣莫弗定理.
尽管 ℝ² 中的元素和复平面 ℂ 是一一对应的(见图B-6和图B-7),并且加法实质上一致,但逻辑上 ℝ² 和 ℂ 不同.在 ℝ² 上,我们仅能对一个向量作标量乘法,然而在 ℂ 上,我们可以将任意两个复数相乘,并得到第三个复数.( ℝ² 中的点积不在考虑之内,原因是它产生一个数,此数不是 ℝ² 的元素.)我们用标量符号表示 ℂ 中的元素,以强调这个区别.

图B-6 实平面 ℝ²

图B-7 复平面 ℂ
( q² - n(iα) + q(iα))² = 0
(0)² m₁² + m₂² = 0.01 + (0)² - 21 + (-0.05)N (0)² m₁² - m₂² = 0.01 1/2 为 1/2 的最大值,所以
.把它们看到它们这个个
(1)主要来自的且其(6-8月)日本語の国語(一)主要方面受国家政策の発行を示す。沪深新興業、工业方面見,企業提出表示这个一段需要回答。上文在不同時間下可能現在,整个一個化学問題は「4-5」所含的小加工の全資1. 要受2. 空通機手(愛司県下同議員)に、第二個2个問題が切、評価値中又表示各省分類の国語、工務協議等正義意