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08 并非我们熟知的数(第3页)

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也就是说,我们将这个区域平移(translate)到平面上的另一个位置,而它的形状、大小和姿态都保持不变,这里姿态不变是指该区域没有经过任何旋转或反射。

但是,将你的区域中每个点都乘以z=(r,θ)则有两个效果,一个由r引起,另一个由θ造成。

区域内每个点的模都增大r倍,因此该区域的所有尺寸也都增大了r倍(因而它的面积乘了因数r2)。

当然,如果r〈1,那么我们最好把这个“扩张”

描述成收缩,因为新的区域会比原来的小。

不过,区域将保持它的形状——例如,一个三角形会被映射为一个相似的三角形,它的各个角和以前一样大。

θ的作用就像我们上面已经解释过的,是将区域沿逆时针方向绕极点转过角度θ。

那么,将你的区域中所有点都乘上z的总效果是扩展区域,并绕极点旋转。

新的区域将和之前的有同样的形状,但取决于r的大小,会有不同的尺寸,同时将会有一个不同的姿态,这是由旋转角θ决定的。

其他结果

复数有极多的应用,甚至是在很基础的层次上。

直角坐标和极坐标的相互转换将三角函数引入了进来,这种应用方式有很多优点。

例如,推导重要的三角恒等式是一道标准的学生习题,而在用了极坐标后,这些等式是十分自然的结论。

取任意单位模(即r=1)的复数,用直角坐标和极坐标分别计算它的某次幂,令这两种形式的答案相等,这就给出了一个三角方程。

由基本的三角学可知,极坐标为(1,θ)的点的直角坐标是(θ)。

如果我们现在将两个这样的复数z=θ和w=φ在直角坐标中相乘,可得:

zw=(cosθθsinφ)+i(φ+sinθcosφ)。

同样的乘法在极坐标中给出:

zw=(1,θ)(1,φ)=(1,θ+φ)=cos(θ+φ)+sin(θ+φ)。

对比该乘积的两个版本的实部和虚部,就可以轻松得到三角学中标准的和角公式:

cos(θ+φ)=cosθθsinφ,

sin(θ+φ)=φ+sinθcosφ。

或者,极坐标形式的复乘法可以由这些三角公式推导出。

实际上,我们在这里未经证明就给出了极坐标形式下的乘法,它通常是将三角公式应用于直角坐标形式来推导出的。

现在,随着复数的使用,指数函数——或者说幂函数与看起来无关的三角函数之间的联系浮现了出来,更多的结果可以因此轻松得到。

假如我们没有跨入由-1的平方根所提供的传送门,我们也许可以窥见这一联系,但却不能理解它。

分别取指数函数中被称为偶的和奇的部分,就产生了所谓的双曲函数(hyperboli)。

对于每个三角恒等式,除了符号上可能不同,都相应存在一个等价的由双曲函数表达的形式。

在任何具体例子中,这都可以轻松验证。

问题是为什么会发生这一现象?一类函数的行为为何会如此紧密地反映在另一类中,而后者来自完全不同的定义、具有完全不同的性质?解开这一谜团的关键在于公式eiθ=θ,它表明指数函数和三角函数其实是紧密相连的,但这只能通过使用虚单位i做到。

一旦发现了这一点(它令人惊讶,一点也不明显),用这个公式提供的两种可互换的表示方式计算,再令实部和虚部分别相等,我们就可以清楚地看到之前描述的那些结果都是顺理成章的。

但要是没有这个公式,所有这些依然是个谜。

复数和矩阵

乘以i代表绕复平面的中心转动一个直角。

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