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复数指数幂运算(本文章只讨论主值)

2023-06-24 10:23 作者:爱睡觉的小栾  | 我要投稿

对于任意2个复数:a+bi和c+di,像下图一样,如果a+bi是底数,c+di是指数,那就应该怎么算呢?结果又是什么呢?

复数指数幂的一般形式

我们知道,对于任何复数,除了可以写成1个实数与1个虚数的和以外,还可以写成极坐标的形式。于是,原式就转化成下图了:

将a+bi写成极坐标的形式

然后,我们就可以根据幂的运算,把括号展开,得到下面这个东西了:

展开

似乎看到胜利的曙光了。可是,黑色的都很好算,标红的那个怎么算呢?

我们知道,对于任何数r都可以写成以e为底的形式:


以e为底的形式,ln是自然对数

这样一来,我们也可以将红色部分写成以e为底的形式,原式可转化为下图:


整理

可以看到,分子上的e对应的指数有i,于是,可以根据欧拉公式,就能得到最终的指数没有i的结果了:


标蓝的是最终结果

我觉得这已经足够了,当然你也可以把上图中黄框里的东西代入,并把sin和cos里的东西用和角公式展开,这里我就不进行这些操作了。

example:

例子

要计算左边的式子,把右边的6个值代入我们得到的结果,就可以算得:


例子答案



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