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complex-numbers难度:基础complex-numbersalgebra
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复数fùshù

complex number
5 分钟阅读
更新于 2025-11-02
已完成

核心概念

复数是实数的扩展,形式为z=a+biz = a + bi

,其中a,ba, b

为实数,ii

为虚数单位。

虚数单位

虚数单位ii

满足 i2=1i^2 = -1

**

i2=1,i=1i^2 = -1, \quad i = \sqrt{-1}

的幂**ii

i1=ii^1 = i

i2=1i^2 = -1

-i3=ii^3 = -i

-i4=1i^4 = 1

-i4k+r=iri^{4k+r} = i^r

(kZ,r{0,1,2,3}k \in \mathbb{Z}, r \in \{0,1,2,3\}

)

复数表示形式

z=a+biz = a + bi

其中: -aa

实部,记作 Re(z)\text{Re}(z)

-bb

虚部,记作 Im(z)\text{Im}(z)

  • z$$b = 0

时, 是实数

  • a=0,b0a = 0, b \neq 0

时,zz

纯虚数

  • b0b \neq 0

时,zz

虚数

复数等式

a+bi=c+dia=c and b=da + bi = c + di \Leftrightarrow a = c \text{ and } b = d

复平面

几何表示法

复数z=a+biz = a + bi

可在复平面上表示为点(a,b)(a, b)

  • 水平轴(实轴):表示实部
  • 垂直轴(虚轴):表示虚部

向量表示法

复数z=a+biz = a + bi

亦可视为从原点OO

到点OZ\overrightarrow{OZ}

(a,b)(a, b)

向量 。

复数的模

定义

复数z=a+biz = a + bi

的**模z|z|

**记为

z=a+bi=a2+b2|z| = |a + bi| = \sqrt{a^2 + b^2}

:###

z|z|

几何意义表示复平面中点 到zz

原点的距离。

性质

1.z0|z| \geq 0

,当且仅当 时等号z=0z = 0

成立 2.
3z1z2=z1z2|z_1 \cdot z_2| = |z_1| \cdot |z_2|

.z1z2=z1z2\left|\frac{z_1}{z_2}\right| = \frac{|z_1|}{|z_2|}

(z20z_2 \neq 0

) 4.z1+z2z1+z2|z_1 + z_2| \leq |z_1| + |z_2|

(三角不等式)

复共轭

定义

复数 的共轭zˉ\bar{z}

,记为:

zˉ=abi\bar{z} = a - bi

###z=a+biz = a + bi

几何

zˉ\bar{z}

意义是沿实轴对称反射得到的数zz

性质

z1±z2=z1ˉ±z2ˉ\overline{z_1 \pm z_2} = \bar{z_1} \pm \bar{z_2}

z1z2=z1ˉz2ˉ\overline{z_1 \cdot z_2} = \bar{z_1} \cdot \bar{z_2}

zzˉ=z2=a2+b2z \cdot \bar{z} = |z|^2 = a^2 + b^2

z+zˉ=2a=2Re(z)z + \bar{z} = 2a = 2\text{Re}(z)

5.zzˉ=2bi=2iIm(z)z - \bar{z} = 2bi = 2i\text{Im}(z)

运算

加减法

(a+bi)±(c+di)=(a±c)+(b±d)i(a + bi) \pm (c + di) = (a \pm c) + (b \pm d)i

乘法

(a+bi)(c+di)=(acbd)+(ad+bc)i(a + bi)(c + di) = (ac - bd) + (ad + bc)i

除法

a+bic+di=(a+bi)(cdi)(c+di)(cdi)=(ac+bd)+(bcad)ic2+d2\frac{a + bi}{c + di} = \frac{(a + bi)(c - di)}{(c + di)(c - di)} = \frac{(ac + bd) + (bc - ad)i}{c^2 + d^2}

方法: 分子与分母分别乘以分母的共轭数

CSCA习题

[例1] 基础题 (难度 ★★☆☆☆)

已知复数z=3+4iz = 3 + 4i

,求z|z|

zˉ\bar{z}

解法

模值z=32+42=25=5|z| = \sqrt{3^2 + 4^2} = \sqrt{25} = 5

共轭数

** zˉ=34i\bar{z} = 3 - 4i

答案**:z=5|z| = 5

zˉ=34i\bar{z} = 3 - 4i


[例题2] 中级(难度 ★★★☆☆)

计算(2+3i)(12i)(2 + 3i)(1 - 2i)

解法

**

(2+3i)(12i)=24i+3i6i2(2 + 3i)(1 - 2i) = 2 - 4i + 3i - 6i^2 =2i+6=8i= 2 - i + 6 = 8 - i

答案**: 8i8 - i

常见误区

❌ 误区1:将ii

视为变量

错误:认为ii

可像代数变量般进一步简化

错误ii

认为i2=1i^2 = -1

表示代数变量

正确: 表示虚数单位,其模为

3+4i=3+4=7|3 + 4i| = 3 + 4 = 7

误区二:模值计算错误

错误

正确3+4i=32+42=5|3 + 4i| = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5

❌ 误区三:共轭符号错误

错误3+4i=34i\overline{3 + 4i} = -3 - 4i

正确3+4i=34i\overline{3 + 4i} = 3 - 4i

(仅虚部改变符号)

学习要点

  1. 理解虚数单位i2=1i^2 = -1

是基础概念 2. ✅ 掌握运算规则:加减乘除四则运算 3. ✅ 牢记模与共轭:掌握其几何意义与性质 4. ✅ 练习除法:分母有理化是关键 5. ✅ 理解几何:复平面中的点与向量


💡 考试技巧:复数是高中数学的重要内容。在CSCA考试中相对简单,但必须掌握基本运算和概念!约占代数题目的10-15%。