求虛數集的解釋

2021-03-04 05:46:19 字數 5985 閱讀 6192

1樓:問世間何人不苦

在數學裡,將平方是負數的數定義為純虛數。所有的虛數都是複數。這種數有乙個專門的符號「i」(imaginary),它稱為虛數單位。

定義為i^2=-1。但是虛數是沒有算術根這一說的,所以√(-1)=±i。對於z=a+bi,也可以表示為e的ia次方的形式,其中e是常數,i為虛數單位,a為虛數的幅角,即可表示為 z=cosa+isina.

不過在電子等行業中,因為i通常用來表示電流,所以虛數單位用j來表示。

虛數沒有正負可言。不是實數的複數,即使是純虛數,也不能比較大小。1<2是對的,但1+i<2+i是錯的。

我們可以在平面直角座標系中畫出虛數系統。如果利用橫軸表示全體實數,那麼縱軸即可表示虛數。整個平面上每一點對應著乙個複數,稱為復平面。橫軸和縱軸也改稱為實軸和虛軸。

「虛數」這個名詞是17世紀著名數學家、哲學家笛卡爾創制,因為當時的觀念認為這是真實不存在的數字。後來發現虛數可對應平面上的縱軸,與對應平面上橫軸的實數同樣真實。

2023年瑞士數學家尤拉(euler,或譯為歐勒)開始使用符號i表示虛數的單位。而後人將虛數和實數有機地結合起來,寫成a+bi形式 (a、b為實數,a等於0時叫純虛數,ab都不等於0時叫複數,b等於0時就是實數)。

通常,我們用符號c來表示複數集,用符號r來表示實數集。

要追溯虛數出現的軌跡,就要聯絡與它相對實數的出現過程。我們知道,實數是與虛數相對應的,它包括有理數和無理數,也就是說它是實實在在存在的數。

有理數出現的非常早,它是伴隨人們的生產實踐而產生的。

無理數的發現,應該歸功於古希臘畢達哥拉斯學派。無理數的出現,與德謨克利特的「原子論」發生矛盾。根據這一理論,任何兩個線段的比,不過是它們所含原子數目的經。

而勾股定理卻說明了存在著不可通約的線段。

不可通約線段的存在,使古希臘的數學家感到左右為難,因為他們的學說中只有整數和分數的概念,他們不能完全表示正方形對角線與邊長的比,也就是說,在他們那裡,正方形對角線與連長的比不能用任何「數」來表示。西亞他們已經發同了無理數這個問題,但是卻又讓它從自己的身邊悄悄溜走了,甚至到了希臘最偉大的代數學家丟番圖那裡,方程的無理數解仍然被稱為是「不可能的」。

無理數的確定與開方運算息息相關。對於那些非完全平方數,人們發現它們的平方根是可以無限制地求到任意多位的無限不迴圈小數。(像π=3.

141592653…,e=2.71828182…等),稱為無理數。

但是當無理數的位置確定後,人們又發現即使使用全部的有理數和無理數,也不能長度解決代數方程的求解問題。像x 2+1=0這樣最簡單的二次方程,在實數範圍內沒有解。12世紀的印度大數學家婆什伽羅都認為這個方程是沒有解的。

他認為正數的平方是正數,負數的平方也是正數,因此,乙個正數的平方根是兩重的;乙個正數和乙個負數,負數沒有平方根,因此負數不是平方數。這等於不承認方程的負根的存在。

到了16世紀,卡爾達諾的<大衍術>第一次大膽使用了負數平方根的概念。如果不使用負數平方根,就是可能決四次方程的求解問題。雖然他寫出院負數的平方根,但他卻猶豫不次,他不得不宣告,這個表示式是虛構的,想像的,並麼一次稱它為」虛數」但是數學家們使用它時,還是非常小心謹慎,就連著名的數學家尤拉在使用虛數時也不得不給自己的**加上乙個評語。

一切形如√-1,√-2的數學式,都是不可能有的、想像的數,因為它們所表示的是負數的平方根。對於這類數,我們只能斷言,它們既不是什麼都不是,也不比什麼都不是多些什麼,更不比什麼都不是少些什麼。它們線性虛幻。

雖然大師的這段話讀起來有些拗口,但從中可以看出他和虛數時也不那麼理直氣壯。對於早期的數學家們來說,使得虛數成為似乎是合理的和可以接受的倒不是像x^2+1=0這樣的二次方程的求解問題,而是具有實數根的三次方程求解問題。

2023年義大利公尺蘭的卡丹發表了文藝復興時期最重要的一部代數學著作,提出了一種求解一般三次方程的求解公式:

形如:x^3+ax+b=0的三次方程解如下:

x=^(1/3)+^(1/3)

當卡丹試圖用該公式解方程x^3-15x-4=0時他的解是:

x=[2+(-121)^(1/2)]^(1/3)+[2-(-121)^(1/2)]^(1/3)

在那個年代負數本身就是令人懷疑的,負數的平方根就更加荒謬了。

因此卡丹的公式給出x=(2+j)+(2-j)=4。容易證明x=4確實是原方程的根,但卡丹不曾熱心解釋(-121)^(1/2)的出現。認為是「不可捉摸而無用的東西」。

可是虛數的出現,卻幫了無理數的大忙,無理數和有理數相比,底氣顯得有些不足,但是在虛數面前,它和有理數一樣,都是實實在在的數所以數學家才把它同有理數合稱為實數,這樣就可以和虛數區別開來。有趣的是,虛數也非常頑強,它就如同實數在鏡子裡的映像一樣,不僅同實數形影不離,而且還常常同實數結合起來,構成複數。

虛數,人們開始稱之為「實數的鬼魂」,2023年笛卡兒稱為「想像中的數」,於是一切虛數都具有bi,而複數則具有a+bi,這裡a和b都是實數。虛數也常稱為純虛數。

虛數闖入數的領域時,人們對它的實際用處一無所知,在實際生活中似乎也沒有用複數來表達的量,因此,在很長的一段時間裡,人們對虛數產生過種種懷疑和誤解。從卡爾達諾的《大衍術>開始,在200年的時間裡,虛數一直披著一層神秘莫測、不可思議的面紗,到了2023年,威賽爾給出了虛線的影象表示,才確立了虛數的合理地位。他和阿爾幹一起借助於17世紀法國數學家笛卡兒建立的平面座標系,給複數做了一是到數學界認要的幾何解釋。

後來,高斯使直角座標平面上的點和複數建立了一一對應的關係,虛數才廣為人知。現在,複數一般用來表示向量(有方向的數量),這在力學、地圖學、航空學中的應用是十分廣泛的。虛數越來越顯示出其豐富的內容,真是:

虛數不虛。

許多實數的運算都可以推廣到i,例如指數、對數和三角函式。

乙個數的ni次方為:

x^(ni) = cos(ln(x^n)) + i sin(ln(x^n)).

乙個數的ni次方根為:

x^(1/ni) = cos(ln(x^(1/n))) - i sin(ln((x^(1/n))).

以i為底的對數為:

log_i(x) = 2 ln(x)/ i*pi.

i的余弦是乙個實數:

cos(i) = cosh(1) = (e + 1/e)/2 = (e^2 + 1) /2e = 1.54308064.

i的正弦是虛數:

sin(i) = sinh(1) * i = (e - 1/e)/ 2} * i = 1.17520119 i.

i,e,π,0和1的奇妙關係:

e^(i*π)+1=0

有關於復數的幾何意義,能不能給我一些經典的題,用一些新穎易懂的方法來解釋。 10

2樓:**玲

複數z=a+bi 與復平面內的點(a,b)一一對應

複數z=a+bi 與直角座標系中的點z(a,b)一一對應

在做題的時候你就想複數的實部是橫座標,虛部是縱座標,就可以轉化成之前學過的點的座標了,你看看下面的題找找感覺吧

例:已知複數z=(m2+m-6)+(m2+m-2)i在復平面內所對應的點位於第二象限,求實數m允許的取值範圍。

解:m2+m-6<0 m2+m-2>o 得-31

所以m∈(-3,2)∪(1,2)

變形一:已知複數z=(m2+m-6)+(m2+m-2)i在復平面內所對應的點在直線x-2y+4=0上,求實數m的值。

解:∵複數z=(m2+m-6)+(m2+m-2)i在復平面內所對應的點是(m2+m-6,m2+m-2),

∴(m2+m-6)-2(m2+m-2)+4=0,

∴m=1或m=-2。

變形二:已知複數z=(m2+m-6)+(m2+m-2)i ,證明對一切m,此複數所對應的點不可能位於第四象限。

證明:若複數對應的點位於第四象限,則m2+m-6>0 m2+m-2<0

即m<-3或m>2 -2

不等式解集為空集,所以複數所對應的點不可能位於第四象限.

3樓:year什麼叫做帥

「複數」、「虛數」這兩個名詞,都是人們在解方程時引入的。為了用公式求一元二次、三次方程的根,就會遇到求負數的平方根的問題。2023年,義大利數學家卡丹諾(girolamocardano,2023年~2023年)在《大術》一書中,首先研究了虛數,並進行了一些計算。

2023年,義大利數學家邦別利(rafaclbombclli,2023年~2023年)正式使用「實數」「虛數」這兩個名詞。此後,德國數學家萊布尼茲(gottfriedwilbclmlcibniz,2023年~2023年)、瑞士數學家尤拉(leonhardeuler,2023年~2023年)和法國數學家棣莫佛(abrabamdemoivre,2023年~2023年)等又研究了虛數與對數函式、三角函式等之間的關係,除解方程以外,還把它用於微積分等方面,得出很多有價值的結果,使某些比較複雜的數學問題變得簡單而易於處理。大約在2023年,尤拉第一次用i來表示-1的平方根,2023年,德國數學家高斯(carlfricdrichgauss,2023年~2023年)第一次引入複數概念,乙個複數可以用a+bi來表示,其中a,b是實數,i代表虛數單位,這樣就把虛數與實數統一起來了。

高斯還把複數與復平面內的點一一對應起來,給出了複數的一種幾何解釋。不久,人們又將複數與平面向量聯絡起來,並使其在電工學、流體力學、振動理論、機翼理論中得到廣泛的實際應用,然後,又建立了以複數為變數的「復變函式」的理論,這是乙個嶄新而強有力的數學分支,所以我們應該深刻認識到了「虛數不虛」的道理。

16世紀義大利公尺蘭學者卡當(jerome cardan1501—1576)在2023年發表的《重要的藝術》一書中,公布了三次方程的一般解法,被後人稱之為「卡當公式」。他是第乙個把負數的平方根寫到公式中的數學家,並且在討論是否可能把10分成兩部分,使它們的乘積等於40時,他把答案寫成=40,儘管他認為和這兩個表示式是沒有意義的、想象的、虛無飄渺的,但他還是把10分成了兩部分,並使它們的乘積等於40。給出「虛數」這一名稱的是法國數學家笛卡爾(1596—1650),他在《幾何學》(2023年發表)中使「虛的數」與「實的數」相對應,從此,虛數才流傳開來。

數系中發現一顆新星——虛數,於是引起了數學界的一片困惑,很多大數學家都不承認虛數。德國數學家萊布尼茨(1646—1716)在2023年說:「虛數是神靈遁跡的精微而奇異的隱避所,它大概是存在和虛妄兩界中的兩棲物」。

瑞士數學大師尤拉(1707—1783)說;「一切形如,習的數學武子都是不可能有的,想象的數,因為它們所表示的是負數的平方根。對於這類數,我們只能斷言,它們既不是什麼都不是,也不比什麼都不是多些什麼,更不比什麼都不是少些什麼,它們純屬虛幻。」然而,真理性的東西一定可以經得住時間和空間的考驗,最終佔有自己的一席之地。

法國數學家達朗貝爾(1717—1783)在2023年指出,如果按照多項式的四則運算規則對虛數進行運算,那麼它的結果總是的形式(a、b都是實數)(說明:現行教科書中沒有使用記號=-i,而使用=一1)。法國數學家棣莫佛(1667—1754)在2023年發現公式了,這就是著名的棣莫佛定理。

尤拉在2023年發現了有名的關係式,並且是他在《微分公式》(2023年)一文中第一次用i來表示一1的平方根,首創了用符號i作為虛數的單位。「虛數」實際上不是想象出來的,而它是確實存在的。挪威的測量學家成塞爾(1745—1818)在2023年試圖給於這種虛數以直觀的幾何解釋,並首先發表其作法,然而沒有得到學術界的重視。

德國數學家高斯(1777—1855)在2023年公布了虛數的圖象表示法,即所有實數能用一條數軸表示,同樣,虛數也能用乙個平面上的點來表示。在直角座標系中,橫軸上取對應實數a的點a,縱軸上取對應實數b的點b,並過這兩點引平行於座標軸的直線,它們的交點c就表示複數a+bi。象這樣,由各點都對應複數的平面叫做「復平面」,後來又稱「高斯平面」。

高斯在2023年,用實陣列(a,b)代表複數a+bi,並建立了複數的某些運算,使得複數的某些運算也象實數一樣地「代數化」。他又在2023年第一次提出了「複數」這個名詞,還將表示平面上同一點的兩種不同方法——直角座標法和極座標法加以綜合。統一於表示同一複數的代數式和三角式兩種形式中,並把數軸上的點與實數—一對應,擴充套件為平面上的點與複數—一對應。

高斯不僅把複數看作平面上的點,而且還看作是一種向量,並利用複數與向量之間—一對應的關係,闡述了復數的幾何加法與乘法。至此,複數理論才比較完整和系統地建立起來了。

經過許多數學家長期不懈的努力,深刻**並發展了複數理論,才使得在數學領域遊蕩了200年的幽靈——虛數揭去了神秘的面紗,顯現出它的本來面目,原來虛數不虛呵。虛數成為了數系大家庭中一員,從而實數集才擴充到了複數集。

望採納,謝謝。

什麼是虛數,什麼是虛數?虛數的定義是什麼?

在數學裡,將平方是負數的數定義為純虛數。所有的虛數都是複數。這種數有乙個專門的符號 i imaginary 它稱為虛數單位。定義為i 2 1。但是虛數是沒有算術根這一說的,所以 1 i。對於z a bi,也可以表示為e的ia次方的形式,其中e是常數,i為虛數單位,a為虛數的幅角,即可表示為z cos...

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