虚数i的运算公式 复数i的十个基本公式

2024-12-2001:45:36生活经验0

虚数i之所以仍被称作虚数,是因为其深奥难解的特性。

人们对数的认识是一个逐步演进的过程。

最初,人们通过数指头来理解数的概念,从而产生了自然数。

随着记账的需求,负数被接纳。

通过丈量与测量,人们接受了分数,即有理数。

随着逻辑的深入,实数(包括有理数和无理数)被人们所认知。

为了方便数算与处理,虚数i被引入,使得复数得以被认识。

让我们更详细地谈谈虚数i所带来的便利。

在实数范围内,多项式方程有时有解,有时无解。例如,x的平方等于1时,解为1和-1;但若x的平方等于负数,则无实数解。为了解决这一问题,有识之士提出了虚数i的概念,使i的平方等于-1。这样,即使x的平方等于负数,也有两个解:i和-i。

后来发现,虽然只是在实数中添加了一个虚数单位i(将数域扩展到复数),但方程的理论却变得更为简洁和优雅。一个著名的结论是,对于次数为n的多项式方程,存在n个复数解。

如同一个外国人融入社会后,除了某些细微差异外,大部分都显得很自然。虚数i也是如此,它被人们接受并成为复数家族的一员。

对于i的理解,我们大多数人,包括大学生,仍然知之甚少。

现在我们来谈谈欧拉公式。

欧拉公式右边是一个负数-1。左边则涉及到底数为字母、指数为复数的表达式。虽然e(一个常数)相对容易理解(它的值大约为2.72),但复数作为指数又该如何理解呢?这确实是一个难点。

实际上,复数作为指数的理解需要一定的过程。从正整数指数开始,我们可以理解为什么三个5相乘。当指数为零时,我们规定幂次等于1。对于负整数指数,比如-2,其值是底数的倒数。对于分数指数,我们规定如果分数是负数,则先求正的部分的值再取倒数。这一定义是合理的,因为它使指数函数在自变量为有理数时连续。

目前的定义仅限于有理数部分。那么无理数作为指数怎么办呢?这就需要我们对极限有一定的理解。大一的微积分课程会涉及到这一点。我们可以找一个无限接近无理数的有理数来定义无理数指数的值。

那么,如果指数是虚数呢?这就不那么容易理解了,我们需要寻找一个桥梁。这就是泰勒展开在微积分中的运用。

泰勒展开是一种将复杂函数表示为无限多项式的方法。即使指数是虚数,我们也可以通过泰勒展开来计算。这样我们就建立了一座计算虚指数函数的桥梁。

只要我们对泰勒展开进行适当的处理和计算,就可以得出所需的值。尽管计算过程可能较为复杂且涉及无限项的计算,但通过计算机的辅助我们可以得出接近实际的值的结果。

让我们看一下泰勒展开的具体计算过程和结果……