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虚数到底有什么意义?从 i 说起

超级数学建模  · 公众号  · 数学  · 2017-05-04 22:28

正文

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i² = -1


因此, i 就是意味着逆时针旋转90°,-i 就是顺时针旋转90°。



下面这个图就很直观的表达了关于 i 的运算



也许会有人觉得困惑:为什么要给-1开平方?这样转换来转换去的到底有什么用?


别急,我们先讲讲 复数 的定义。


现在,我们将纵轴作为虚数轴,横轴作为实数轴。


如果我们不是旋转90°,而是旋转45°的话,就得到了 1+i



任意实数旋转某一个角度所得到的点就用 a+bi 来表示,这就是复数的定义式



虚数的引入,大大方便了 涉及到旋转的计算

比如,物理学需要计算"力的合成"。假定一个力是 3 + i ,另一个力是 1 + 3i ,请问它们的合成力是多少?



根据"平行四边形法则",你马上得到,合成力就是 ( 3 + i ) + ( 1 + 3i ) = ( 4 + 4i )。


这就是 虚数加法的物理意义


如果涉及到旋转角度的改变,处理起来更方便。



假设我们现在一艘船上,船的航向是 3 + 4i ,我们现在将船的航向逆时针旋转45°,那么,我们最新的航向应该如何表示?



45°的航向就是 1 + i 。计算新航向,只要把这两个航向 3 + 4i 与 1 + i 相乘就可以了。 (为什么要相乘呢?)



所以,新的航向就是 -1 + 7i 。


这就是 虚数乘法的物理意义: 改变旋转角度







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