在数学中,虚数就是形如a+b*i的数,其中a、b是实数,且b≠0,i = - 1。
虚数这个名词是17世纪著名数学家笛卡尔创立,因为当时的观念认为这是真实不存在的数字。后来发现虚数a+b*i的实部a可对应平面上的横轴,虚部b与对应平面上的纵轴,这样虚数a+b*i可与平面内地点(a,b)对应。
可以将虚数bi添加到实数a以形成形式a + bi的复数,其中实数a和b分别被称为复数的实部和虚部。一些作者使用术语纯虚数来表示所谓的虚数,虚数表示具有非零虚部的任何复数。
例如:(1)2+3i就表示一个复数,2是实部,3i表示虚部,3i就表示一个纯虚数;
(2)-1的开方就是虚数,称为一个虚数单位。
虚数的由来:
随着数学的发展,数学家发现一些三次方程的实数根还非得用负数的平方根表示不可,而且如果承认了负数的平方根,那么代数方程的有无根问题就可以得到解决,并且会得出n次方程有n个根这样一个令人满意的结果,此外对负数的平方根按数的运算法则进行运算,结果也是正确的。
意大利数学家卡尔丹作出一个折中,表示他称负数的平方根为 “虚构的数”,意思是可以承认它为数,但不像实数那样可以表示实际存在的量,而是虚构的,到了1632年,法国数学家笛卡儿正式给了负数的平方根,一个大家乐于接受的名字——虚数。
虚数的虚字,表示它不代表实际的数,而只存在于想象之中,尽管虚数是 “虚”的,但数学家却没有放松对它的研究。
他们发现了关于虚数的许许多多的性质和应用,大数学家欧拉提出了 “虚数单位”的概念,他把U作为虚数单位,用符号i表示,相当于实数的单位1,虚数有了单位,就能像实数一样写成虚数单位倍数的形式了。
从此数学家把实数与虚数同等对待,并合称为复数,于是数的家族得到了统一,任何一个复数可以写成a+bi的形式,当b=0时,a+bi=a,它就是实数当;b#0时,a+bi就是虚数了。
以上内容参考:百度百科-虚数
① 知识点定义来源&讲解:
虚数是数学中的一种数形式,通常用i表示,它的平方等于-1。在实际应用中,虚数在复数、电路理论、量子力学、波动理论等方面都有广泛应用。
② 知识点运用:
虚数在复数运算中扮演着重要的角色。实数和虚数结合起来形成了复数,包含了实部和虚部。在电路理论中,虚数经常用来描述电源、电压、电流等电学参数,方便了电路的计算和分析。在波动理论中,虚数则常用于描述波函数等物理量。
③ 知识点例题讲解:
一个实数的平方永远是非负数,例如2的平方是4。但是虚数的平方却是负数。例如,i的平方等于-1。因此,当我们要计算√(-2)时,我们可以使用虚数的表示方法,即√2i。这里的虚数i表示-1的平方根,虚部为2。
又例如,下面这个复数z = 3 + 4i,其中实部为 3,虚部为 4i。虚部 4i 可以理解为一个长度为 4 的向上的向量。图示如下:
那么,这里的复数 z 可以看作是一个长度为 5,角度为 tan⁻¹(4/3) 的向量。