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复数乘复数是什么,复数乘法的几何意义是什么

时间:2023-05-05 23:24:59 阅读:254629 作者:536

逛木虫的时候看到一个很旧的数学帖子被人挖了坟,这个帖子大概是讨论如果把复数看作是向量,那么复数乘法应该怎么看待?向量之间有乘法?例如复数$(1+i)$和复数$i$,其对应的向量分别是$left[ {begin{array}{*{20}{c}} 1\ 1 end{array}} right]$和$left[ {begin{array}{*{20}{c}} 0\ 1 end{array}} right]$,那么两个向量怎么运算才能得到复数$-1+i$对应的向量$left[ {begin{array}{*{20}{c}} -1\ 1 end{array}} right]$呢?

事实上,我认为只把复数看作是向量是不够的!既然把复数看作向量,那么我们也应该讨论(线性)变换,这是make sense的。因此,如果我们把向量也看作是线性变换,那么结果就是trivial的了!

我们知道,每个非零复数都具有指数形式(exponential form):$z = r{e^{itheta }}$。而${e^{itheta }}$是一个“旋转变换”,即把一个向量顺时针旋转$theta$角度,在线性代数的角度看来,其对应的线性变换是$left[ {begin{array}{*{20}{c}}
{cos theta }&{ - sin theta }\
{sin theta }&{cos theta }
end{array}} right].$因此,每一个复数都可以唯一地对应于一个线性变换:$$z = r{e^{itheta }} sim rleft[ {begin{array}{*{20}{c}}
{cos theta }&{ - sin theta }\
{sin theta }&{cos theta }
end{array}} right].$$ 于是,复数乘法$z_1 * z_2$我们就可以把复数$z_1$看作是线性变换$T$,而复数$z_2$看作是其对应的向量$v$,就有$$z_1 * z_2 sim T v.$$最后我们把向量$T v$再对应回复数域即可。

Example. 计算复数乘法$(1+i)*i$。

首先我们容易知道$1 + i = sqrt 2 {e^{ifrac{pi }{4}}} sim sqrt 2 left[ {begin{array}{*{20}{c}}
{cos frac{pi }{4}}&{ - sin frac{pi }{4}}\
{sin frac{pi }{4}}&{cos frac{pi }{4}}
end{array}} right] = left[ {begin{array}{*{20}{c}}
1&{ - 1}\
1&1
end{array}} right]$,并且 $i sim left[ {begin{array}{*{20}{c}}
0\
1
end{array}} right]$,则$left[ {begin{array}{*{20}{c}}
1&{ - 1}\
1&1
end{array}} right]left[ {begin{array}{*{20}{c}}
0\
1
end{array}} right] = left[ {begin{array}{*{20}{c}}
{ - 1}\
1
end{array}} right] sim -1 + i$。因此$left( {1 + i} right)i =  - 1 + i$。

转载于:https://www.cnblogs.com/aujun/p/4844604.html

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