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林深拿出祖父的笔记,翻到那一页,上面写着:“虚数,乃实数之镜,映世间之无形。”
他终于明白了这句话的含义。
实数,是我们能感知到的世界的镜子;而虚数,是我们感知不到的世界的镜子。
它像一个坐标轴,隐藏在现实世界的背后,支撑着我们对宇宙的理解。
林深的心里,充满了激动和喜悦。
他觉得,自己对虚数的探索,又迈出了重要的一步。
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他站起身,走到窗边,推开窗户。
夜空中,繁星点点,银河像一条银色的丝带,横跨天际。
林深看着那些星星,仿佛看到了虚数的光芒,在宇宙的深处闪烁。
第四章复数平面的星空林深对虚数的探索,并没有止步于电路实验。
他开始研究复数平面的几何意义,试图从几何的角度,理解虚数的本质。
他在笔记本上,画了一个复数平面。
横轴是实轴,纵轴是虚轴。
实轴上的点,代表实数;虚轴上的点,代表纯虚数;而平面上的其他点,代表复数z=a+bi。
他发现,复数的加法,对应着复数平面上的向量加法。
比如,两个复数z_1=a_1+b_1i和z_2=a_2+b_2i相加,得到的复数z=z_1+z_2=(a_1+a_2)+(b_1+b_2)i,对应的向量,就是z_1和z_2对应的向量的和。
而复数的乘法,对应着复数平面上的向量旋转和伸缩。
比如,一个复数z=a+bi乘以i,得到的复数zi=-b+ai,对应的向量,就是z对应的向量逆时针旋转90circ。
林深看着笔记本上的复数平面,看着那些旋转和伸缩的向量,心里忽然涌起一个念头:复数平面,像不像一片星空?实轴和虚轴,像两条相互垂直的星河。
每一个复数,都是星空中的一颗星星。
复数的加法和乘法,就是星星之间的运动规律。
他想起了欧拉公式e{itheta}=stheta+istheta。
这个公式,把复数和三角函数联系在了一起。
当theta从0变化到2pi时,e{itheta}对应的点,在复数平面上画出了一个单位圆。
林深在笔记本上,画了一个单位圆。
他看着这个圆,觉得它像一个宇宙的模型。
圆心是原点,半径是1。
那些在单位圆上的复数,像一颗颗围绕着原点旋转的星星。
他又想到了复数的指数形式。
任何一个复数z=a+bi,都可以表示为z=re{itheta},其中r是复数的模,theta是复数的幅角。
这个形式,让复数的乘法变得更加简洁。
两个复数相乘,就是它们的模相乘,幅角相加。
林深的脑海里,浮现出一幅画面:在复数平面的星空中,两颗星星相乘,它们的光芒相互叠加,轨迹相互旋转,形成了一颗新的星星。
这个画面,如此美丽,如此和谐。
林深决定,用计算机来模拟复数平面的星空。
他打开电脑,编写了一个程序。
这个程序,可以生成复数平面上的点,并模拟复数的加法和乘法运算。
程序运行起来,屏幕上出现了一片黑色的背景,上面点缀着无数个彩色的光点。
每个光点,代表一个复数。
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