《向量与复数》
(作业勿锤)
众所周知,向量是由两个因素确定的,即方向与模长(坐标系中是横纵坐标)。
而复数,同样是由两个因素确定的!首先对应上文第一种的是三角表示,对应第二种的是坐标表示。
可以发现这其中有很明显的相似之处。
我们先讨论今天的第一个问题——复数三角表示的乘法运算与向量旋转的关系。
若单位向量a ⃗=(cosA,sinA),将其旋转B,得(a') ⃗=(cos(A+B),sin(A+B)),
若复数z1=cosA+isinA,z2=cosB+isinB
则其相乘得z3=z1*z2=cosAcosB-sinAsinB+(cosAsinB+cosBsinA)i
=cos(A+B)+sin(A+B)i
用坐标表示就是(cos(A+B),sin(A+B)),与向量完全一样。
所以我们以后用解析法的时候可以用这两个暴力表示
诚然如果我只说相同会被当做废话(地球人都知道复数的几何意义就是个点,是个点就可以进行向量运算),所以第二个问题——复数解题较向量的优越性。我们观察向量和复数的不同时,很不巧地发现了一个(很明显的):i(即虚数单位)。
正是因为多了一个因素,我们可以用复数干一些向量干不到的事。
首先,如果规定了是复数,那么只要两个数(即实部和虚部)就可以确定它。
这时,那个“i”没什么用,可以忽略。这种情况,复数=向量。
然后讨论不能忽略的情况。
从乘法的角度,向量的数量积得出的是数,向量积是三维的(不确定)。
而复数乘法,得到的是一个二元组。
这就有一个显著的优势了!它可以直接对应到坐标,这是数量积做不到的。
换句话说,有坐标,就可以跟角扯上关系。
拿书上的题举个例子,三个正方形并排摆着,求三个角加起来等于90度那道。
所以,复数的这种性质是向量无法拥有的。
然后,坐稳了,前方超纲。
x^n=1的复数解,我们称之为单位根。
总之单位根的复平面坐标表示一定在单位圆上,自证。
那怎么找单位根呢?
注意,复数相乘,辐角相加!
所以!x^n就是把x转它自己的辐角转n次,要落在(1,0)
所以辐角为2πa/n(a为自然数)的都是单位根的辐角,又因为单位根在单位圆上,故单位根可以确定。(而且n次单位根n等分单位圆,可以想想看)
这个单位根有什么用呢?
大家可以百度一下“FFT”,就不继续讲了!(即“快速傅里叶变换”,是信息学的一种分治算法)
(来自信息学竞赛退役选手)
好了!差不多了。要让我在向量和复数之间选一个,我还是选复数吧!
还有向量您别天天锤我成不……