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第六講 複數和復指數

一,複數的除法:

複數變實數,需要用到共軛性質:z=a+bi\overline{z}=a-biz\overline{z}=(a+bi)(a-bi)=a^{2}+b^{2}

二,計算\frac{2+i}{1-3i}

分子分母同乘以分母的共軛複數:\frac{2+i}{1-3i}\times \frac{1+3i}{1+3i}=\frac{-1+7i}{10}=-\frac{1}{10}+\frac{7}{10}i

三,複數的極座標形式:

a+bi=rcos\theta +irsin\theta=r(cos\theta +isin\theta )=re^{i\theta }

r:模        \theta:幅角

四,尤拉公式:

e^{i\theta }=cos\theta +isin\theta

輸入的是實數\theta,輸出的是複數,它的一般形式是u(\theta )+iv(\theta ),這種函式叫實變數復(數)值函式

五,指數函式e^{i\theta }的性質:

  1. 指數函式的運演算法則(指數率):e^{i\theta_{1} }\cdot e^{i\theta_{2} } =e^{i(\theta_{1}+\theta_{2}) },或者(cos\theta_{1}} +isin\theta_{1})(cos\theta_{2}} +isin\theta_{2})=cos(\theta_{1}+\theta_{2})+isin(\theta_{1}+\theta_{2})
  2. e^{i\theta }的求導法則:({e^{i\theta }})'=ie^{i\theta },或者{(cos\theta +isin\theta)}'= {cos\theta}'+i{sin\theta}'=-sin\theta +icos\theta =i(cos\theta +isin\theta)
  3. \theta=0時:e^{i0}=1,或者cos0 +isin0=1+0=1
  4. 這個定義符合無窮級數

六,兩個複數相乘:

用極座標算,只需將模r相乘,幅角\theta相加:r_{1}e^{i\theta_{1} }\cdot r_{2}e^{i\theta_{2} }=r_{1}r_{2}e^{i(\theta_{1} +\theta_{2} )}

用直角座標算會很麻煩:(a_{1}+b_{1}i)(a_{2}+b_{2}i)=......

七,求積分\int e^{-x}cosxdx

  1. 直接算可以用分部積分法,但很麻煩
  2. 因為cosxe^{ix}的實數部分,所以可以將e^{ix}替換cosx,原方程變為\int e^{-x}e^{ix}dx,積分完成後再去掉虛數部分即可
  3. \int e^{-x}e^{ix}dx=\int e^{(-1+i)x}dx=\frac{e^{(-1+i)x}}{-1+i}\cdot \frac{-1-i}{-1-i} =\frac{1}{2}e^{-x}e^{ix}(-1-i)
  4. e^{ix}轉換成三角函式:\frac{1}{2}e^{-x}e^{ix}(-1-i)=\frac{1}{2}e^{-x}(cosx+isinx)(-1-i)
  5. 去掉虛數部分得:\frac{1}{2}e^{-x}(-cosx+sinx)

八,計算\sqrt[n]{1}

  1. 在實數範圍內,計算結果只有:1或±1
  2. 在複數範圍內,計算結果有n個:單位圓上的n個等分點(e^{i\theta_{1} }e^{i\theta_{2} },……,e^{i\theta_{n} }
  3. 證明:因為是單位圓,模相乘r=1;因為是等分點,幅角相加\theta _{1}+\theta _{2}+......\theta _{n}=2\pi =0e^{i0}=1
  4. 幾何圖見視訊40:00~45:00