《向量與復數》


(作業勿錘)
眾所周知,向量是由兩個因素確定的,即方向與模長(坐標系中是橫縱坐標)。
而復數,同樣是由兩個因素確定的!首先對應上文第一種的是三角表示,對應第二種的是坐標表示。
可以發現這其中有很明顯的相似之處。
我們先討論今天的第一個問題——復數三角表示的乘法運算與向量旋轉的關系。
若單位向量a ⃗=(cosA,sinA),將其旋轉B,得(a') ⃗=(cos(A+B),sin(A+B)),
若復數z1=cosA+isinA,z2=cosB+isinB
則其相乘得z3=z1*z2=cosAcosB-sinAsinB+(cosAsinB+cosBsinA)i
=cos(A+B)+sin(A+B)i
用坐標表示就是(cos(A+B),sin(A+B)),與向量完全一樣。
所以我們以后用解析法的時候可以用這兩個暴力表示
誠然如果我只說相同會被當做廢話(地球人都知道復數的幾何意義就是個點,是個點就可以進行向量運算),所以第二個問題——復數解題較向量的優越性。我們觀察向量和復數的不同時,很不巧地發現了一個(很明顯的):i(即虛數單位)。
正是因為多了一個因素,我們可以用復數干一些向量干不到的事。
首先,如果規定了是復數,那么只要兩個數(即實部和虛部)就可以確定它。
這時,那個“i”沒什么用,可以忽略。這種情況,復數=向量。
然后討論不能忽略的情況。
從乘法的角度,向量的數量積得出的是數,向量積是三維的(不確定)。
而復數乘法,得到的是一個二元組。
這就有一個顯著的優勢了!它可以直接對應到坐標,這是數量積做不到的。
換句話說,有坐標,就可以跟角扯上關系。
拿書上的題舉個例子,三個正方形並排擺着,求三個角加起來等於90度那道。
所以,復數的這種性質是向量無法擁有的。
然后,坐穩了,前方超綱。
x^n=1的復數解,我們稱之為單位根。
總之單位根的復平面坐標表示一定在單位圓上,自證。
那怎么找單位根呢?

注意,復數相乘,輻角相加!
所以!x^n就是把x轉它自己的輻角轉n次,要落在(1,0)
所以輻角為2πa/n(a為自然數)的都是單位根的輻角,又因為單位根在單位圓上,故單位根可以確定。(而且n次單位根n等分單位圓,可以想想看)
這個單位根有什么用呢?
大家可以百度一下“FFT”,就不繼續講了!(即“快速傅里葉變換”,是信息學的一種分治算法)
(來自信息學競賽退役選手)
好了!差不多了。要讓我在向量和復數之間選一個,我還是選復數吧!
還有向量您老別天天錘我成不……


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