Cis函式

cis函式又稱純虛數指數函式,是複變函數的一種,和三角函式類似。它的定義域是整個實數集,值域是單位複數,絕對值為1的複數。它是周期函式,其最小正周期為2π。其圖像關於原點對稱。

定義

上述文字稱它以類似三角函式的形式來定義函式的原因是,就如同三角函式,他也算是一種比值,複數和其模的比值:

Cis函式 Cis函式
Cis函式 Cis函式

,其中z是幅角為 的複數

因此,當一複數的模為1,其反函式就是幅角(arg函式)。

cis函式可視為求單位複數的函式

cis函式的實數部分和餘弦函式相同。

命名

由於cis函式的值為“餘弦加上虛數單位倍的正弦”,取其英文縮寫cosine andimaginary unitsine,故以cis來表示該函式。

歐拉公式

主條目:歐拉公式

Cis函式 Cis函式

在數學上,為了簡化歐拉公式 ,因此將歐拉公式以類似三角函式的形式來定義函式,給出了cis函式的定義:

Cis函式 Cis函式
Cis函式 Cis函式
Cis函式 Cis函式

並且一般定義域為 ,值域為 。

Cis函式 Cis函式

當 值為複數時,cis函式仍然是有效的,所以有些人可利用cis函式將歐拉公式推廣到更複雜的版本。

指數定義

Cis函式 Cis函式

跟其他三角函式類似,可以用e的指數來表示,依照歐拉公式給出:

反函式

cis的反函式: arccis x,當代入模為1的複數時,所得的值是其輻角

類似其他三角函式,cis的反函式也可以用自然對數來表示

Cis函式 Cis函式

當一複數經過符號函式後代入arccis x可得輻角。

恆等式

cis函式的倍角公式似乎比三角函式簡單許多。

雙曲cis函式

一般會將雙曲cis函式定義成:

Cis函式 Cis函式

定義域和值域皆為實數,但若定義雙曲複數,

Cis函式 Cis函式
Cis函式 Cis函式

考慮數 ,其中 是實數,而量{\displaystyle j}不是實數,但{\displaystyle j^{2}}是實數。

主條目:雙曲複數

Cis函式 Cis函式

選取{\displaystyle j^{2}=-1},得到一般複數。取 的話,便得到雙曲複數。

Cis函式 Cis函式

而雙曲複數有對應的歐拉公式:

Cis函式 Cis函式

其中j為雙曲複數。

因此雙曲cis函式得到的值為雙曲複數,相反的若將其反函式帶入模為一的雙曲複數可得其輻角。

如此一來,值域將會變成四元數。

參見

•正弦

•餘弦

•複數 (數學)

•三角函式

•三角函式恆等式

•歐拉公式

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