掌握复数的运算,是使用复数的关键!
复数的加法
两个复数 z1=a1+b1i 和 z2=a2+b2i 的和:
z1+z2=(a1+a2)+(b1+b2)i
即实部和虚部分别相加。
例子:(3+4i)+(1+2i)=(3+1)+(4+2)i=4+6i
- 交换律:z1+z2=z2+z1
- 结合律:(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3)
- 零元:z+0=z(0=0+0i)
- 负元:z+(−z)=0(−z=−a−bi)
复数的减法
两个复数 z1=a1+b1i 和 z2=a2+b2i 的差:
z1−z2=(a1−a2)+(b1−b2)i
即实部和虚部分别相减。
例子:(3+4i)−(1+2i)=(3−1)+(4−2)i=2+2i
复数的乘法
两个复数 z1=a1+b1i 和 z2=a2+b2i 的积:
z1z2=(a1+b1i)(a2+b2i)
展开并利用 i2=−1:
z1z2=a1a2+a1b2i+b1a2i+b1b2i2
=(a1a2−b1b2)+(a1b2+b1a2)i
例子:(3+4i)(1+2i)
=3×1+3×2i+4i×1+4i×2i
=3+6i+4i+8i2=3+10i−8=−5+10i
- 交换律:z1z2=z2z1
- 结合律:(z1z2)z3=z1(z2z3)
- 分配律:z1(z2+z3)=z1z2+z1z3
- 单位元:z×1=z(1=1+0i)
模的性质
∣z1z2∣=∣z1∣∣z2∣
证明:
∣z1z2∣2=(z1z2)(z1z2)=z1z2z1ˉz2ˉ=(z1z1ˉ)(z2z2ˉ)=∣z1∣2∣z2∣2
复数的除法
两个复数 z1=a1+b1i 和 z2=a2+b2i(z2=0)的商:
z2z1=z2z2ˉz1z2ˉ=∣z2∣2z1z2ˉ
计算方法
z2z1=a22+b22(a1+b1i)(a2−b2i)
=a22+b22(a1a2+b1b2)+(b1a2−a1b2)i
例子:1+2i3+4i
1+2i3+4i=(1+2i)(1−2i)(3+4i)(1−2i)=1+43+4i−6i−8i2=511−2i=511−52i
模的性质
z2z1=∣z2∣∣z1∣
复数的幂运算
整数幂
正整数幂
使用乘法定义:
zn=z×z×⋯×z(n 个 z)
负整数幂
z−n=zn1(z=0)
极坐标形式
如果 z=reiθ,则:
zn=(reiθ)n=rneinθ=rn(cosnθ+isinnθ)
例子:(1+i)4
- 1+i=2eiπ/4
- (1+i)4=(2)4eiπ=4eiπ=4(−1)=−4
分数幂(根)
复数 z=reiθ 的 n 次根 :
nz=nrei(θ+2kπ)/n(k=0,1,2,…,n−1)
有 n 个不同的根。
例子:求 31
- 1=1ei0
- 31=ei(0+2kπ)/3=ei2kπ/3(k=0,1,2)
三个根:
- k=0:ei0=1
- k=1:ei2π/3=−21+23i
- k=2:ei4π/3=−21−23i
复数的指数运算