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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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积对应的角是多少呢?复数z与x轴正方向构成的角常被记作argz。例如,我们在前面计算过arg (3 + 2i) = 0.588弧度。同理,由于1 – 3i位于第四象限,其对应的角θ满足tanθ= –3,因此arg (1– 3i) = arc tan (–3) = –71.56°= –1.249弧度。
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请注意,(3 + 2i) (1 – 3i) = 9 – 7i对应的角为arc tan (–7/9) = –37.87°= –0.661弧度,恰好等于0.588 + (–1.249)。但是,下面这条定理告诉我们,这其实并不是巧合!
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定理:如果z1、z2是复数,那么arg (z1z2) = arg (z1) + arg (z2)。换言之,积的角就是角的和。延伸阅读中给出的证明需要用到上一章的三角恒等式。
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延伸阅读
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证明:令复数z1、z2的模分别是R1和R2,对应的角分别是θ1和θ2,则z1、z2的极坐标形式分别是:
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z1=R1(cosθ1+isinθ1)z2=R2(cosθ2+isinθ2)
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因此:
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