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複數與複變函式

文章目錄

一、複數的幾何表示

學習目標

  • 會求複數的模與輻角、輻角主值.
  • 複數的代數表示、三角表示、指數表示要會相互轉換.
  • 已知一個複數方程要會判別它是什麼曲線.
  • 已知曲線的實數方程要會寫出相應的複數方程.

1、複數的模與輻角、輻角主值

1.1、模

    在複平面上,複數 z z

與從原點指向點 z = x + i y z=x+iy 的平面向量一一對應,因此複數 z
z
能用向量來表示。向量的長度稱為 z z 或絕對值,記作 z = r = x 2 + y 2 |z|=r=\sqrt{x^2+y^2}

1.2、輻角

    在 z 0 z\neq0 的情況下,以正實軸為初始邊,以表示 z z 的向量為終邊的角的弧度數 θ \theta 稱為 z z 輻角,記作
A r g z = θ Argz=\theta 這時有 t a n ( A r g z ) = y x tan(Argz)=\frac{y}{x}     我們知道,任何一個複數 z 0 z\neq0 無窮多個輻角. 如果 θ 1 \theta_1 是其中一個,那麼 A r g z = θ 1 + 2 k π ( k ) Argz=\theta_1+2k\pi(k為任意整數) 就給出了 z z 的全部輻角.

1.3、輻角主值

    在 z ( 0 ) z(\neq0) 的輻角中,我們把滿足 π < θ 0 π -\pi<\theta_0\leq\pi θ 0 \theta_0 稱為 A r g z Argz 主值,記作 θ 0 = a r g z \theta_0=argz
特別注意:當 z = 0 z=0 時, z = 0 |z|=0 ,而輻角不確定.

1.4、輻角主值的計算

    在 z 0 z\neq0 的情況下,輻角主值可以這樣求:
a r g z = { a r c t a n y x x > 0       π 2 x = 0 , y > 0    π 2 x = 0 , y < 0 a r c t a n y x + π x < 0 , y 0 a r c t a n y x π x < 0 , y < 0 argz =\begin{cases} arctan \frac{y}{x} & x>0 \\ \ \ \ \ \ \frac{\pi}{2} & x=0,y>0 \\ \ \ -\frac{\pi}{2} &x=0,y<0 \\ arctan\frac{y}{x}+\pi &x<0,y\geq0 \\ arctan\frac{y}{x}-\pi & x<0,y<0 \end{cases}

1.5、輻角的計算

     A r g z = a r g z + 2 k π ( k ) Argz=argz+2k\pi(k為任意整數)

2、複數的表示

2.1、代數表示

z = x + i y z=x+iy

2.2、三角表示

    利用直角座標與極座標的關係: x = r c o s θ , y = r s i n θ x=rcos\theta,y=rsin\theta ,還可以把 z z 表示成下面的形式: z = r ( c o s θ + i s i n θ ) z=r(cos\theta+isin\theta) 稱為複數的三角表達式.

2.3、指數表示

    再利用尤拉公式: e i θ = c o s θ + i s i n θ e^{i\theta}=cos\theta+isin\theta ,我們又可以得到 z = r e i θ z=re^{i\theta} 這種表示形式稱為複數的指數表示式.

二、複數的乘冪與方根

學習目標

  • 會用三角形式與指數形式求兩個複數乘積與商
  • 理解兩個複數乘積的幾何意義
  • 會用三角形式與指數形式求複數的冪與方根

1、乘積

    定理:兩個複數乘積的模等於它們的模的乘積;