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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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z1z2=R1(cosθ1+isinθ1)R2(cosθ2+isinθ2)
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=R1R2[ cosθ1cosθ2– sinθ1sinθ2+i(sinθ1cosθ2+ sinθ2cosθ1)]
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=R1R2[cos (θ1+θ2) +isin(θ1+θ2)]
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在运算过程中,我们利用了上一章的cos (A+B) 和sin (A+B) 这两个三角恒等式。从上面的证明可以看出,z1z2的模是R1R2(前面已经证明过),角是θ1+θ2。证明完毕。 □
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总之,复数相乘时,两数的模相乘,两数对应的角相加。例如,如果乘数是i,则模保持不变,角增加90°。注意,如果相乘的两个数字是实数,则正数的角为0°(或者说360°),负数的角为180°。两个180°的角相加,和为360°,这表明两个负数的乘积是正数。虚数的角为90°和–90°(或者270°)。因此,虚数自乘时,角必然是180°[因为90°+ 90°= 180°,或–90°+ (–90°) = –180°,–180°与180°没有任何不同],乘积是负数。最后,请大家注意,如果z的角为θ,那么1 /z的角就必然是 –θ。(为什么呢?因为z×1/z= 1,所以z与1/z对应的角相加必然等于0°。)因此,复数进行除法运算时,只需对模进行除法运算,对角进行减法运算。也就是说,z1/z2的模是R1/R2,角是θ1–θ2。
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12堂魔力数学课 e、复利与里氏震级
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如果你有科学计算器,请做一做下面这个实验。
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1.在计算器里输入一个你熟悉的七位数(可以是电话号码、证件号码,也可以将你喜欢的某个一位数字连续输入7次)。
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2.取这个数字的倒数(按下计算器的“1 /x”键)。
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3.将得到的结果加上1。
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4.对得数进行幂运算,指数为最初的那个七位数(按下“xy”键,然后输入最初的那个七位数,再按下等号键)。
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最终得数的前几位是不是2.718?如果得数的前几位与无理数e = 2.718 281 828 459 045…一致,我不会感到奇怪。
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这个神秘数字e到底有什么特殊之处?它为什么非常重要?在上面的小实验里,你实际上是在计算(1 + 1 /n)n的值,且n是一个比较大的数字。如果n不断增大,得数又会发生什么变化呢?一方面,随着n不断增大,数字 (1 + 1 /n) 将会越来越接近1。当1为底数时,无论指数是多少,幂运算的结果都是1。因此,有理由相信,对于大数n,(1 + 1 /n)n的值约等于1。例如,(1.001)100≈ 1.105。
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另一方面,即使n非常大,(1 + 1 /n) 仍然略大于1。如果底数是一个大于1的值,随着指数不断增大,得数将变成一个任意大的值。例如,(1.001)10 000的结果就大于20 000。
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问题是,在指数n增大的同时,底数 (1 + 1 /n) 正在减小。在1与无穷大的相持过程中,答案会逐渐接近于e = 2.718 28…。例如,(1.001)1 000≈ 2.717。下表列出了函数 (1 + 1 /n)n在n取较大值时的结果。
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