Главное меню

Новости:

SMF - Just Installed!

Как объяснить мнимые числа при помощи векторов?

Автор Ierink, Март 14, 2024, 09:18

« назад - далее »

Ierink

Извините пожалуйста за вопрос , может хоть кто-нибудь привести два мнимых числа , конкретных без i, i = (и конкретное число) , если это невозможно, прошу Вас объяснить с помощью векторов мнимые числа?

Kexen

Сначала я отвечу именно на поставленные вопросы.
Следует понять, что мнимые числа и комплексные числа  - это разные вещи. Хотя на обывательском уровне многие заменяют одно понятие другим.
И вопрос был задан про мнимые числа, (хотя по контексту подозреваю хотели узнать про комплексные) поэтому поговорим сначала про мнимые.
Поговорим к приближенным к обывателю терминах, а не в терминах теории поля.
Чтоб определить мнимые числа. Надо как и с любыми другими числами задать некий "ноль" и некую единицу. С нулем все понятно - это обычный 0. А вот единицу определяют неким символом "i", причем по определению i² = 1. Заметим, что это совсем не тоже самое, как заменяли ранее и часто используют обыватели: i = √-1 - так писать не корректно. Потому что при возведении в квадрат можно получить два значения: 1 и -1
После того как определили эти элементы, надо понять как с ними действовать (складывать, вычитать). Все действия осуществляются по тем же законам как и у других чисел (действительных и т.п.)
Но человеку хочется все представить ощутить.
Давайте нарисуем такую же числовую прямую для мнимых чисел, как и для вещественных. Только это будет какая то другая прямая не совпадающая с вещественными.
   Как видим на этой прямой есть единичный отрезок равный "i" и все остальные числа получаются откладыванием отрезка y•i, где y - действительное число.
То есть мнимое число - это числа вида y•i. Понятно, что для мнимых чисел из определения "i" должно присутствовать. Но есть одно мнимое число, которое можно записать без  "i" - это "0", на самом деле оно мнимое, потому что 0 = 0•i И просто вместо 0•i пишем 0
Другого мнимого числа без i нет.
При помощи векторов: Собственно нарисовали уже координатную прямую с нулем и единицей "i" и на ней откладываем одномерные вектора. Причем они подчиняются законам сложения и вычитания векторов: например вектор i отнять вектор 2i получим вектор -i
А вот с умножением тут заметим, что произведение мнимых чисел не равных нулю не будет мнимым числом и произведение на эту прямую не попадет в отличии от вещественных чисел, а будет числом вещественным.
Ну хорошо, тогда определим произведение мнимых чисел, подобно векторному произведению, но только в одномерном пространстве. (конечно с некоторыми допущениями)
Результатом будет вектор перпендикулярный векторам и длина его будет равна произведению длин векторов. Например вектор -2i умножим на вектор 2i. Получим вектор по длине равный -2i•2i = -4i² = -4•(-1) = 4
То есть надо отложить перпендикулярно нашей мнимой координатной прямой, координатную прямую с вещественными числами и на ней отложить вектор длиной 4. (Не будем морочить голову сейчас про направление). Как результат, стало понятно, что мнимым числам для полноты нужны и действительные числа.
На этом с вопросом про мнимые закончили и немного поговорим про комплексные.
В результате появилось комплексное число (составное), которое состоит из действительной части и мнимой части.
То есть это двумерное число. Как уже поняли необходима координатная плоскость, где есть ось действительных чисел и ось мнимых чисел
И каждое комплексное число "z" будет задаваться двумя координатами. х - на действительной оси и y - на мнимой оси.
И в векторном представлении, если отложить вектор по действительной оси на величину "х", а по мнимой оси вектор на величину "y", то попадем в точку с координатами
(х; y) если сложим эти два вектора. Таким образом получаем комплексное число z - это вектор из начала координат, где z = x + y•i
Более подробно останавливаться не буду. Проблематично лекцию и семинар нескольких уроков поместить в один ответ.

Taggeli

К сожалению, "без i" действительно невозможно. Без i число перестанет быть комплексным (или мнимым), а станет обычным действительным числом. Давайте попытаемся разобраться, не вдаваясь в дебри математики. Итак, i это так называемая "мнимая единица". Она равна √-1. Всегда. В любом комплексном числе. Понятно, что вычислить это (т.е. заменить на действительное число) невозможно, представить тоже. Поэтому надо просто принять тот факт, что в любом комплексном числе есть i=√-1. В общем виде комплексное число выглядит так: a+bi. И это (а+bi) не сумма (выполнить сложение здесь невозможно). Это просто такая запись одного числа, состоящего из двух частей. Эти части называются мнимой (b) и вещественной частью комплексного числа. Например, 2+3i; -4+i; -3-3i. Это все комплексные числа.
Теперь про вектора. Поскольку комплексные числа состоят из двух частей, то изобразить их на прямой, как мы изображаем действительные числа, не получится. Поэтому для изображения комплексных чисел используется комплексная плоскость. А сами числа изображаются на этой плоскости в виде векторов. На рисунке изображены несколько комплексных чисел (в том числе и те, что были приведены выше в качестве примера).
По оси ReZ откладывается вещественная часть (а), по ImZ - мнимая (b).
Не знаю насколько понятно получилось. Но многословно, точно.