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通常,我们在用几何方法进行复数z、w的加法运算时,可以如上图所示,通过画平行四边形的方式达到我们的目的。在进行z–w的减法运算时,可以如下图所示先画出点 –w,再进行点z与点–w的加法运算。
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用画平行四边形的方式完成复数的加法与减法运算
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在用几何方法进行复数的乘法和除法运算时,首先需要确定它们的大小。我们把原点与点z之间线段的长度定义为复数z的“模”,记作|z|。具体来说,如果z=a+bi,那么根据勾股定理:
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|z| =
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如下图所示,点3 + 2i的模为。注意,3 + 2i对应的角θ满足tanθ= 2/3。也就是说,θ= tan–12/3 ≈ 33.7°,约为0.588弧度。
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复数z= 3 + 2i的模为 |z| =,角θ的正切函数tanθ= 2/3
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如果在复平面上画出模为1的所有点,如下图所示,就会得到一个单位圆。圆上的复数与角θ之间有什么关系呢?我们在第9章讨论过,笛卡儿平面上的这个点被记作 (cosθ, sinθ)。在复平面上,这个点变成cosθ+isinθ。同理,所有模为R的复数都可以写成:
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z=R(cosθ+isinθ)
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我们把它称作复数的“极坐标形式”。也许现在告诉你为时尚早,但是到了本章结尾,你就会知道它还等于Reiθ。(这算不算欧拉公式的“剧透”呢?)
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复平面上的单位圆
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令人意想不到的是,复数可以进行乘法运算,模也可以进行乘法运算。
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定理:如果z1、z2是复数,那么|z1z2| = |z1| |z2|。换言之,乘积的模就是模的乘积。
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延伸阅读
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证明:令z1=a+bi,z2=c+di,则|z1| =,|z2| =。因此:
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例如:
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