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复变函数学习笔记(一):复数、辐角与欧拉公式

本文由个人课堂笔记整理,重点是「可快速回看」而不是完整教材推导。

前置知识#

欧拉公式#

eiθ=cos⁡θ+isin⁡θe^{i\theta} = \cos\theta + i\sin\thetareiθ=r(cos⁡θ+isin⁡θ)r e^{i\theta} = r(\cos\theta + i\sin\theta)

欧拉公式的特殊形式#

当 θ=π 时,eiπ+1=0\text{当 } \theta = \pi \text{ 时,} e^{i\pi} + 1 = 0

这里可以联想到 θ\theta 的几何意义:旋转角度。

复平面#

把 3+4i3 + 4i 看作点 (3,4)(3,4),即把复数与平面向量对应起来。

第一章:复数基础#

共轭复数#

设 z=3+4iz = 3 + 4i,则 zˉ=3−4i\bar{z} = 3 - 4i。

常用结论:

  1. z+zˉ=2Re⁡zz + \bar{z} = 2\operatorname{Re}z
  2. z−zˉ=2iIm⁡zz - \bar{z} = 2i\operatorname{Im}z
  3. z⋅zˉ=∣z∣2z \cdot \bar{z} = |z|^2
  4. z1+z2‾=zˉ1+zˉ2,z1−z2‾=zˉ1−zˉ2\overline{z_1 + z_2} = \bar{z}_1 + \bar{z}_2,\quad \overline{z_1 - z_2} = \bar{z}_1 - \bar{z}_2
  5. z1z2‾=zˉ1zˉ2,(z1z2)‾=zˉ1zˉ2(z2≠0)\overline{z_1 z_2} = \bar{z}_1 \bar{z}_2,\quad \overline{\left(\frac{z_1}{z_2}\right)} = \frac{\bar{z}_1}{\bar{z}_2} \quad (z_2 \neq 0)

主辐角#

主辐角记作 arg⁡z\arg z,满足 arg⁡z∈(−π,π]\arg z \in (-\pi,\pi],并且唯一。

若 z=x+yiz = x + yi,主辐角可按象限计算:

  1. 第一、四象限:θ=arctan⁡yx\theta = \arctan\frac{y}{x}
  2. 第二象限:θ=arctan⁡yx+π\theta = \arctan\frac{y}{x} + \pi
  3. 第三象限:θ=arctan⁡yx−π\theta = \arctan\frac{y}{x} - \pi

辐角#

辐角记作 Arg⁡z\operatorname{Arg}z,满足:

Arg⁡z=arg⁡z+2kπ,k∈Z\operatorname{Arg}z = \arg z + 2k\pi,\quad k \in \mathbb{Z}

所以辐角不唯一。

复数的三种表示#

{代数形式:x+yi三角形式:r(cos⁡θ+isin⁡θ)指数形式:reiθ\begin{cases} \text{代数形式:}x + yi \\ \text{三角形式:}r(\cos\theta + i\sin\theta) \\ \text{指数形式:}re^{i\theta} \end{cases}

其中 rr 是模长,θ\theta 是辐角。

复数的乘除#

核心规则:模长相乘(或相除),辐角相加(或相减)。

r1eiθ1⋅r2eiθ2=r1r2ei(θ1+θ2)r_1e^{i\theta_1}\cdot r_2e^{i\theta_2} = r_1r_2e^{i(\theta_1+\theta_2)}r1eiθ1r2eiθ2=r1r2ei(θ1−θ2)(r2≠0)\frac{r_1e^{i\theta_1}}{r_2e^{i\theta_2}} = \frac{r_1}{r_2}e^{i(\theta_1-\theta_2)} \quad (r_2 \neq 0)

复数乘幂#

zn=rneinθ=rn(cos⁡(nθ)+isin⁡(nθ))z^n = r^n e^{in\theta} = r^n\bigl(\cos(n\theta) + i\sin(n\theta)\bigr)

De Moivre(棣莫弗)公式#

(cos⁡θ+isin⁡θ)n=cos⁡(nθ)+isin⁡(nθ)(\cos\theta + i\sin\theta)^n = \cos(n\theta) + i\sin(n\theta)

复数的 nn 次根#

复数开 nn 次方一般有 nn 个解:

z1/n=r1/nei(θ+2kπ)/n,k=0,1,…,n−1z^{1/n} = r^{1/n} e^{i(\theta + 2k\pi)/n},\quad k = 0,1,\dots,n-1
复变函数学习笔记(一):复数、辐角与欧拉公式
https://al2.icu/posts/complex-analysis-01/
作者
Two
发布于
2026-03-22
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0