復變數

復變數

如果複數是一個變數,則稱為復變數。一個復變數s有一個實部α、一個虛部ω,即s=σ+jω。它可以用s複平面上的一個點來表示。

定義

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設 與 為兩任意實數,以 表示 ,則式子 叫做 複數。如以兩個 實變數 與 分別代替 與 ,則所得式子 就叫做 復變數,並記作s(即令 )。若 ,則 ,此時復變數變為實變數,所以實變數是復變數的特殊情形。 叫做復變數s的 ,記作 , 叫做復變數s的 虛部,記作 ,即 。

表示方法

復變數 復變數

復變數(以下簡稱複數) 有以下幾種表示法:

坐標(點)表示法

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由於任一複數 與一對 實變數 成一一對應關係,所以可以用直角坐標( )表示之。反之,在平面上建立直角坐標系後,每一個點都可以表示為複數。因此,在複數域中 平面又叫做 複平面s平面。 軸叫做 實軸, 軸叫做 虛軸。例如圖1所示為 s平面,平面上任一點 可由坐標 和 來確定。或者記作 。

圖1 坐標表示法 圖1 坐標表示法
圖2  向量表示法 圖2 向量表示法

向量表示法

復變數 復變數

複數s還可用從原點指向點( )的向量來表示,如圖2所示。向量的長度OP稱為s的模或絕對值,記作

復變數 復變數
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復變數 復變數

向量 與實軸的夾角 稱為s的輻角,記作 。

復變數 復變數
復變數 復變數

關於輻角 要注意下列關係:

復變數 復變數
復變數 復變數

時,在第一象限; 時,在第二象限;

復變數 復變數
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時,在第三象限; 時,在第四象限。

三角表示法和指數表示法

利用直角坐標與極坐標的關係

復變數 復變數
復變數 復變數

複數s可以表示為: 這就是複數的 三角表示法

復變數 復變數
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利用歐拉公式: ,可以得到: ,這種形式稱為 複數的指數表示 。根據討論問題的需要,可以把複數從一種表示形式轉換為另一種表示形式。

乘積定理

兩個複數乘積的模等於它們的模的乘積;兩個複數乘積的輻角等於它們輻角的和。

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復變數 復變數
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根據這個定理,可以說乘積 的向量是從因子 的向量旋轉一個角度 (即 ),並伸長(縮短)到 倍得到的。如圖3所示。特別,當 =1時,乘法變成了只是旋轉。例如 相當於將 逆時針旋轉90°, 相當於將s順時針旋轉90°。

如果用指數形式表示複數

復變數 復變數

則乘積定理可以簡明地表示為

復變數 復變數

商定理

兩個複數的商的模等於它們的模的商;兩個複數的商的輻角等於被除數與除數的輻角之差。若

復變數 復變數

則商定理可以簡明地表示為

復變數 復變數

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