複素数
complex number
直交形式(rectangular form)
直交座標$ (a, b)の点を以下のように表現できる
$ z = a + bi
$ a: 実部 (real part), $ \mathrm{Re}(z)
$ b: 虚部 (imaginary part), $ \mathrm{Im}(z)
※複素数の虚部は実数
極形式(polar form)
複素数を大きさと角度で表現できる。
複素数は二次元の複素平面上にあるので、極座標でも表現出来る
極形式を用いると複素数の累乗を比較的、簡単に求める事が出来る。
$ z = r\cos\phi + r\sin\phi i = r(\cos\phi + i\sin\phi) = re^{i\phi}
https://gyazo.com/0b73510d64791bdc7baf780bc809695f
$ rの求め方
$ rは複素数の絶対値
$ r = |z| = \sqrt{a^2+b^2}
偏角(argument): 正の実軸から点と原点を結ぶ直線までの角度
$ \arg: 角度$ \phiを返す複素数上の関数 偏角の求め方
$ \tan(\phi) = \frac{b}{a}
$ \phi = \tan^{-1}\frac{b}{a}
複素数の絶対値
複素数の絶対値は複素平面における原点からの距離とみることができる $ |z| = \sqrt{a^2+b^2}
複素数の積と商
$ z_1 = \textcolor{orange}{r_1}(\cos\textcolor{magenta}{\theta_1} +i \sin\textcolor{magenta}{\theta_1})
$ z_2 = \textcolor{orange}{r_2}(\cos\textcolor{magenta}{\theta_2} +i \sin\textcolor{magenta}{\theta_2)}
$ z_1z_2 = \textcolor{orange}{r_1r_2}(\cos(\textcolor{magenta}{\theta_1 + \theta_2}) + i\sin(\textcolor{magenta}{\theta_1 + \theta_2}))
$ \frac{z_1}{z_2} = \textcolor{orange}{\frac{r_1}{r_2}}(\cos(\textcolor{magenta}{\theta_1 - \theta_2}) + i\sin(\textcolor{magenta}{\theta_1 - \theta_2}))
複素数の冪乗
$ z_1 = \textcolor{orange}{r_1}(\cos\textcolor{magenta}{\theta_1} +i \sin\textcolor{magenta}{\theta_1})
$ (z_1)^n = (\textcolor{orange}{r_1})^n(\cos (n\cdot \textcolor{magenta}{\theta_1}) +i \sin (n\cdot \textcolor{magenta}{\theta_1}))
例題
$ z^n = mは極形式にしてから解く
$ z^7 = 128i
$ z^7 = r^7(\cos(7\cdot\theta) + i \sin(7\cdot\theta)) = 128(\cos(90\degree + k \cdot 360\degree) + i \sin(90\degree + k\cdot 360\degree)
$ r^7 = 128
$ r = 2
$ 7\cdot\theta = 90\degree + k \cdot 360\degree
$ \theta = \frac{90\degree}{7} + k \cdot \frac{360\degree}{7}
あとは偏角の範囲に合わせて$ zの式を作る