虛數i開根號之後是什麼?

2020-12-09 經典力學007

我們知道i2=-1,但是√i等於什麼?

01問題來源

兩周前看書時,遇到一個很神奇的式子,把-i納入根號裡面去,會出現兩種結果,如下——

第一種:

第二種:

感覺計算沒啥問題,那麼問題就來了,到底哪一種是正確的。

如果兩個都正確,首先想到的是√-1=-√-1,要成立只能√-1=0,顯然不正確;那隻剩下一種情況,就是有兩個解,一個是√-1,一個是-√-1,這種理解顯然是對的,只需要做個檢驗,兩邊同時平方就行。

02介紹複數開方

下面正式介紹複數開方中,最好理解的一種方法,【複平面+歐拉公式】。

我們知道,一個複數可以在複平面用一個點來表示,如A(0,i)、B(1,0)、C(√2/2,√2/2i),也可以寫成A=i、B=1、C=√2/2+√2/2i,見下圖。

在複平面上,複數對應的點和坐標原點O的連線,與實軸的正方向有個夾角θ,

這個θ的值有無數,顯周期性分布,例如A(0,i)這個虛數,對應的夾角

θ = 90°+360°n;(n=0,1,2,3,4,…)或者

θ = π/2+2πn

現在我們可以用歐拉公式

把複數的一般形式變成指數形式,於是A(0,i)就可以變成

A=i=0+i=cosπ/2+isinπ/2

=cos(π/2+2πn)+isin(π/2+2πn)

=cosθ+isinθ

=eiθ

其中,θ = π/2+2πn,(n=0,1,2,3,4,…)

不難看出,用歐拉公式寫出來之後,對於複數開方就是複數對應的角度減半的過程,只是要明確,複數對應的角度不止一個,而是無數個。

於是

把θ代入其中,得

或者

故求得,√i的值。

同理,可以求得任意複數的開方,只需要把複數對應角的集合找出來。

最後,不難理解,複數的冪次方實質上是複數在複平面上的旋轉問題。

相關焦點

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  • 虛數的權利
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  • 虛數i真的很「虛」嗎?
    而這個坐標系構成的平面也稱為「複平面(橫軸為實數軸(Real Dimension),縱軸為虛數軸(Imaginary Dimension))」,並用字母i 作為該情況下x 的解,用來特指「逆時針旋轉90°角」的變換。
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    根號4等於2。根號4的平方根也就是2的平方根,是±√2,但是開平方根不可能開出負數,所以根號4等於2。  開n次方手寫體和印刷體用√ ̄表示,被開方的數或代數式寫在符號左方v形部分的右邊和符號上方一橫部分的下方共同包圍的區域中,而且不能出界。
  • 虛數到底有什麼意義?從 i 說起
    可是,什麼數的平方等於-1呢?計算器直接顯示出錯!直到今天,我也沒有搞懂。誰能解釋,虛數到底是什麼?它有什麼用?"帖子的下面,很多人給出了自己的解釋,還推薦了一篇非常棒的文章《虛數的圖解》。我讀後恍然大悟,醍醐灌頂,原來虛數這麼簡單,一點也不奇怪和難懂!下面,我就用自己的語言,講述我所理解的虛數。一什麼是虛數?首先,假設有一根數軸,上面有兩個反向的點:+1和-1。
  • 超越光速後時間是如何變成虛數的
    我們可以通過這個規律,在上面的三角形表格中找到某個整數m(負數的話是一樣的,至多結果上多一個虛數單位),它在第i行,第j列,那麼用這個i和j帶入黃金分割函數,就可以得到後面的小數部分。而實際上你也可以看到,所有的偶數行,也就是對於非平方數而言i所在的位置,如果把奇數行都忽略掉,偶數行單獨排序,那麼這個順序的數值就正好是i的一半。也就是說,開平方之後的結果中的整數部分,對於非平方數而言,正好是所在行的下標(假定偶數行不存在),而對於平方數而言,也正好是所在行的下標(假定奇數行不存在)。
  • 從虛妄到真實—虛數的 200 年升級史,歐拉高斯都曾為其添磚加瓦
    而在另外兩個解中,兩個兩次根號下面卻可能得到一個負值。因為它的三個解如下:它得出的判別式是: 判別式的給定範圍不同,得出的結果也就不同。其中當:時,就會得到一個實根,而另外兩個利用長除法得到的解則需要對負數開根號。
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  • 虛數i是真實存在的嗎?
    虛數i是真實存在的嗎?
  • 虛數
    但是,數學中使用的虛數與這種白日做夢毫無關係。虛數概念    一般認為,「虛」(imaginary)這個詞的使用源於哲學家和數學家笛卡爾,以辨識某些方程得到的非普通數的解。那麼,虛數究竟是否真的存在呢?這是一個哲學家們一直思索的問題,他們關注的對象是「虛」這個詞根。而對於數學家來說,虛數的存在並沒有什麼可疑問的。
  • 敘事的藝術:《虛數的故事》前言賞析
    《虛數的故事》是納欣教授1998年的作品,是到目前為止,了解虛數歷史的公認最佳讀物。不同於其他以故事為主的科普讀物,本書沒有迴避嚴格的數學推導,從解二次方程出發,一直談到復函分析。記得有人曾經講過,書本每增加一條數學公式,讀者數量就減少1%。而本書的公式推導那麼多,估計令很多讀者翻了兩頁之後,就合上不看了。於是,前言部分的好故事,也就少有問津了。
  • 神奇的「虛數i」,為何讓數學擁有如此迷人魅力?
    「虛數i」的發現在數學史上有著舉足輕重的作用。「虛數i」到底是什麼?為何如此神奇?到底有哪些重要作用?這還得從看似平常卻作用巨大的「數軸」說起!虛數的發現在自然學科中發揮出了重要的作用。20世紀初,「量子力學」誕生,具有傳奇色彩的薛丁格方程問世,令人著迷的是,這個著名方程裡也含有「虛數i」,為了定量地描述微觀粒子的狀態,量子力學中引入了「波函數」作為「薛丁格方程的解」,這個神奇的波函數用「複數」的形式能清晰地描述微觀粒子的狀態,著名的「波動力學」誕生。