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第 7 章 复数

为了让 x²=−1 也有解,数学家发明了虚数单位 i(i²=−1)。复数 a+bi 不只是个新数——它在复平面上就是一个点,加法是平移,乘法是旋转加伸缩。这一章用复平面把它看活。

知识点 12.1

复数的概念与复平面

形如 $z=a+bi$(a、b 为实数,i²=−1)的数叫复数。a 是实部,b 是虚部。b=0 时是实数;a=0 且 b≠0 时是纯虚数

共轭复数:$z=a+bi$ 的共轭是 $\bar z=a-bi$(虚部变号) | 模:$|z|=\sqrt{a^2+b^2}$
复平面:横轴是实轴、纵轴是虚轴,复数 a+bi 就对应点 (a, b),也对应从原点出发的向量。模 |z| 就是这个向量的长度。拖动下面的点看实部、虚部、模、共轭怎么变。

知识点 12.2

加减法 = 向量平移

复数加减法只需实部、虚部分别加减——这和第 9 章的向量加减完全一样

$(a+bi)\pm(c+di)=(a\pm c)+(b\pm d)i$
拖两个点:z₁z₂青色就是 z₁+z₂(平行四边形对角线)。切换看 z₁−z₂。

知识点 12.3

乘法 = 旋转 + 伸缩

复数相乘有个漂亮的几何意义:模相乘、辐角(方向角)相加

$|z\cdot c|=|z|\cdot|c|$ , $\arg(z\cdot c)=\arg(z)+\arg(c)$
所以"乘以 i"就是逆时针转 90°!(i 的模为 1、辐角 90°)。下面拖动 z,再用滑块设定乘数 c 的伸缩倍数 r 和旋转角 φ,看 z·c 怎么被转过去、拉长短。点「×i」试试经典的 90° 旋转。
伸缩 r = 1.0 旋转 φ = 45°

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