5.4 发现其中的模式
让我继续深入细节。当我们连续乘以负数时(比如说-1),你就得到一种模式:
1,-1,1,-1,1,-1……
因为-1并不改变数的大小,只改变符号,你就这样的反复进行翻转。比如说数“x”,你就会得到:
x,-x,x,-x,x,-x……
这个点子很有用。x可以代表好的或坏的发型。假设每周都轮流变换;这周是好发型周,那么47周会是什么周呢?
x·-1^47=x·-1=-x
那么-x就意味着坏发型周。注意到负数是怎样“保持符号的轨迹的”——我们可以直接在计算器中输入“-1^47 ”而不用一步一步计算(1周是好的,2周是坏的,三周是好的…………)。通过运用负数这一切只是反复翻转而已。
Ok。现在让我们看看如果乘以i后会发生什么?
1,i,i²,i³,i^4,i^5 ……
非常搞笑。让我们化简一下:
- 1=1(毫无疑问)
- i=i(已经很简单了)
- i²=-1(这是i的定义)
- i³= (i·i)·i=-1·i=-i(啊哈,逆时针旋转3次=一次旋转,很简单)
- i^4= (i·i)·(i·i) =-1·-1=1(四次旋转就是一个完整的圆)
- i^5= i^4 · 1=i(接下来再来一次)
用图表示出来就是:
每四次旋转循环一次。这就有意义了,对吧?小孩子都可以告诉你旋转四次跟没有旋转一样。与其关注虚数(i,i²),不如看看更一般的模式:
X,Y,-X,-Y,X,Y,-X,-Y……
就像负数一样翻转,虚数可以模仿任何在两个维度之间旋转的东西。或者是任何遵循周期或环形关系的东西——你想到些什么了吗?
cos与sin,如果你没有想到的话,后面我们还会提到于这个有关的棣美弗定理(De Moivre Theorem)[编辑注:Kalid正在接受电击治疗以治疗他喜爱使用双关语]
5.5 理解复数
这里还有另外一个细节需要揭示:一个数字可以既是“实的”又是“虚的”吗?
确实能。谁说我们必须旋转90度?如果我们一只脚在实数范围内,另一只在虚数范围内,就像这样:
我们处在45度角的为止,实数部分的大小与虚数部分的大小相当(1+i)。这就像一个热狗既有芥末酱也有番茄酱——谁说你只能选一种的?
事实上,我们可以任意选取实数与虚数组成一个三角形。角度就是“旋转的度数”。复(合)数就是给这种数字准备的一个相当完美的名字。它们写作a+bi,其中
- a是实数部分
- b是虚数部分
目前为止还不错。但是还有最后一个问题:复数有多“大”呢?我们不能单独测量实数部分或是虚数部分,因为我们忽略了整体。
让我们再退回去看看。负数的大小不是指你能把它数到多少——而是它距离零点的距离。因此负数的距离就是负数的平方再开根。
这是另一种计算绝对值大小的方法。但是对于复数,我们在90度的时候我们怎么测量两部分?
这是只鸟……这是飞机……这是毕达哥拉斯!
老天啊,他的理论真是到处都有,即使是在他2000年以后发明的数字中。对,我们构造一些三角形,然后斜边就是它到零点的距离:
a+bi 的大小(模)等于a与b平方和再开根
非常干净。虽然计算复数的大小并不像负数那样去掉负号就可以了,但是它有它的用处。让我们来看一看。(未完待续)
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