Complex numbers arose in order to solve polynomial equations such as
or
which are not satisfied by real numbers. It’s assumed that a complex number has the form a + bi where a, b are real numbers and i, called imaginary unit, has the property that i2 = -1. Complex numbers are defined as follows.
- Addition.
- Subtraction.
- Multiplication.
- Division.
The ordinary rules of algebra has been used except that replaces i2 by -1 wherever it occurs. The commutative, associative and distributive laws also apply to complex numbers. It’s called a and b of a + bi the real and imaginary parts, respectively. Two complex numbers are equal if and only if their real and imaginary parts are respectively equal.
A complex number z = x + iy can be considered as a point P with coordinates (x, y) on a rectangular xy plane called in this case the complex plane or Argand diagram. If the line would be constructed from origin O to P and let ρ be the distance OP and φ the angle made by OP with the positive x axis, you could have from Figure
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and could write the complex number in so-called polar form as
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It’s often called that ρ the modulus or absolute value of of z and denote it by |z|. The angle φ is called the amplitude or argument of z abbreviated arg z. It could be also written
where
is called the conjugate of
.
If you write two complex numbers in polar form as
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then
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Also if n is any real number, you have
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which is often called De Moivre’s theorem. You can use this to determine roots of complex numbers. For example if n is a positive integer,
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Using the series for ex, sin x, cos x, you are led to define
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which are called Euler’s formulas and which enable you to rewrite equations in terms of exponentials.
日: 2013年12月26日
複素数
複素数は や
といった実数解を持たない整方程式を解く際に出現します.複素数は a + bi という形をしており,a, b は実数部であり,i は虚数部と呼ばれ,i2 = -1 という性質を持ちます.複素数は以下のように定義されます.
- 加算
- 減算
- 乗算
- 除算
いかなる状況でも i2 を -1 で置換することを除けば,代数の通常の定義が用いられます.交換法則,結合法則,分配法則もまた複素数に適用されます.a + bi の a および b はそれぞれ 実数部 および 虚数部 と呼ばれます.二つの複素数が等しいとは,実数部と虚数部とがそれぞれ等しい時に限られます.
ある複素数 z = x + iy は xy 直交平面上の (x, y) 座標の点 P とみなすことができ,この場合この平面を 複素平面 または アルガン図 と呼びます.仮に原点 O から点 P への直線を引き,OP 間の距離を ρ とし,OP と x 軸のなす角度を φ とすると,次の図を得ます.
また複素数をいわゆる 極座標系式 として以下のように記述できます.
しばしば ρ は z の モジュラス または 絶対値 と呼ばれ,|z| と記述します.角 φ は z の amplitude または argument と呼ばれ,arg z と略記します. とも記述できます.ただし
は
の 共役複素数 と呼ばれます.
極座標で複素数を記述すると以下のようになります.
すると
仮に n を任意の実数とすると以下を得ます.
これは ド・モアブルの定理 として知られています.これを用いて複素数の根を定義できます.例えば仮に n を正の整数と仮定すると,
ex, sin x, cos x のための級数を用いると以下の定義に導かれます.
これらは オイラーの公式 と呼ばれ,方程式を指数関数の観点から書き直すことができます.