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的值有無數個,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
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。