复杂的点在哪里

2020-05-22 05:12:39

当你第一次学习复数时,你会发现它们给了你解决以前不可解的方程的方法。经典的例子是方程x^2+1=0,如果你只使用实数,它没有解,但是对于复数,它有解x=i和x=-i。

作为一个喜欢想象一切事物的物理现实的人,这总是给我带来相当大的困难。方程x^2+1=0可以看作是告诉你方程y=x^2+1的抛物线在哪里与x轴相交的方程。

只有方程y=x^2+1的抛物线不与x轴相交。如果我们的复数解是可信的,那么它与点(i,0)和(-i,0)中的x轴相交,但我肯定看不到我的图上的这些点。他们在哪里?

大概有一大堆具有复杂坐标的点,这些点是各种东西相遇的地方,它们看起来不像相遇的地方。这些点一定在某个地方,一定是与我在真实平面上看到的图形有某种关联的某个地方。但是这个地方在哪里呢?

嗯,大约一周前,我终于找到了复杂的点所在的地方!

(在这一点上,我需要澄清几件事:这完全是我自己编造的。我不是从别人那里学到的,也不是从阅读别人的作品中学到的。我不会虚荣到相信以前从来没有人想到过这一点,但到目前为止,我还没有在谷歌中找到任何与我相似的搜索词。如果你以前听说过它,我很想知道!)。

这个想法是这样的:在真实平面的每个点上,都有相当于真实平面的复杂的点连接在一起。连接到实点(a,b)的复点都是形式(a+ci,b+di)。也就是说,两个坐标的实部是(a,b)。我把它们想象成一个平面,x轴表示我们添加到x坐标的虚部,y轴表示我们添加到y坐标的虚部,实点本身在这个平面的中心。

我将把这个连接到点(a,b)的平面称为“(a,b)处的iPlane”。在上图中,我在(3,2)处的iPlane中显示了几个点。我把它涂成了粉红色,这样你就能看出它不是普通的真飞机,正如你在上面看到的,我通常是涂成白色的。

当我说“连接”时,我是指字面上的意思--我确实想象iPlane在物理意义上被连接到点上,就像在这里的照片中,它们处于不同程度的扩散:

当然,真实平面中的每个点都有自己的iPlane,因此复杂平面作为一个整体看起来更像这样:

这就是复杂的点所在。复点(3+i,5-2i)位于附着于实点(3,5)的iPlane中;复点(2i,-6+7i)位于附着于实点(0,-6)的iPlane中;复点(i,0)和(-i,0)均位于附着于实点(0,0)的iPlane中。

如果展开适当的iPlane并将其展平,使其位于真实平面的顶部,则更容易看到它们。当然,你不会想做整个平面;你只想要一个足够大的切片,这样你就能看到你想要的点在哪里。此外,我想象iPlane是透明的,这样你就可以透过它看到真实的飞机-因此在所有物理模型的照片中都有玻璃纸。

在下图中,位于(0,0)处的iPlane切片被展平以显示点(i,0)和(-i,0)。

这个Geogebra小程序允许你输入一个复杂点的坐标,它会向你显示它所在的iPlane以及iPlane所在的真实位置。试一试,感受一下这里正在发生的事情。

那么,为什么我会对这个想法如此非常兴奋呢?这一切都与当你计算出复杂的点时会发生什么有关,这些点是一些熟悉的图形的一部分。到目前为止,我已经考虑了很多关于直线和抛物线的问题。我需要一段时间才能把它全部写出来,所以我会把这些话题留到后面的博客文章中去写。

这篇文章发表在ISN';t Maths Cool?上,是关于数学思维和标记复数、平面、数学的想法。为固定链接添加书签。

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[…]。代数,我没想到会从他的帖子里分析太多。然而,当我深入研究大卫的作品“复杂之处在哪里”时,我感到很舒服。他的字写得很清楚。我可以遵循他的逻辑,和他一起思考,“[…]。

当我看到“我有过的最伟大的数学想法”时,我想我没有祈祷去理解它。我所做的证明了你对问题和解决方案的理解,以及你如此清晰地表达出来的能力。

这篇帖子激发了我很多想法,我试图在这里把它们浓缩成一些连贯的东西。我通过我们在K-12州使用的“数学实践标准”的镜头来看待你的“有史以来最伟大的想法”。更广泛的想法正在观察和对比数学家(比如你!)。以及学校数学经常是什么样子。

您已经发明了一种可视化R^4的方法,即在R^2的每个点上都附加一个R^2,因此在某种意义上,R^2的切线束就是R^2的切线束。不过,您是如何将其具体化的,这是相当巧妙的!

理解函数(实变量或复变量)的另一种方法是使用映射图。对于二次函数(具有实数或复数系数),二次方程的根由从源复平面中的点到目标平面中的点0+0i的箭头可视化。例如,请参阅我使用Geogebra https://www.geogebra.org/m/JZYgq4Mx#material/aYeGJpS4和MD所做的工作,以可视化地解决https://www.geogebra.org/m/CX32kuXG#chapter/274869.中的线性方程和二次方程