復數最直觀的理解就是旋轉!
4*i*i = -4
就是“4”在數軸上旋轉了 180 度。
那么 4*i 就是旋轉了 90 度。
變成了一個螺旋線。是不是和電磁場很像?(想拿歐拉公式去跟女生炫學術的男生注意了:她們,真的,不 CARE)
當然,更重要的意義在于復數運算保留了二維信息。
假如我讓你計算 3+5,雖然你可以輕松的計算出 8,但是如果讓你分解 8 你會有無數種分解的方法,3 和 5 原始在各自維度上的信息被覆蓋了。
但是計算 3+5i 的話,你依然可以分解出實部和虛部,就像上圖那樣。
基于以上兩個理由,用復數來描述電場與磁場簡直完美到爆棚!
我們即可以讓電場強度與復數磁場強度相加而不損失各自的信息,又滿足了電場與磁場 90 度垂直的要求。另外,一旦我們需要讓任何一個場旋轉 90 度,只要乘一個“i”就可以了
補充一點:
正弦波在頻域可以看作是自然數中的“1”,可以構成其他數字的基礎元素。當你需要 5 的時候,你可以看成是 1*5(基礎元素的五倍)也看以看成 2+3(一個基礎元素 2 倍與基礎元素 3 倍的和)。這些用基礎元素構成新元素的運算是線性運算。
但是現在你如何用線性運算吧 2sin(wt)變換成 4sin(wt+pi/6)呢?
利用歐拉公式,我們可以將任何一個正弦波看作其在實軸上的投影。假如兩個不同的正弦波,可以用數學表達為:
好了,現在如果我想用第一個正弦波利用線性變換為第二個,我們就只需要將 A 乘對應的系數使其放大至 B(本例為乘 2),然后將θ1 加上一定的角度使其變為θ2(本例為加 30 度),然后將得到的第二個虛數重新投影回實軸,就完成了在實數中完全無法做到的變換。
這種利用復指數來計算正弦波的方法也對電磁波極其適用,因為電磁波都是正弦波,當我們需要一個電磁波在時間上延遲 / 提前,或是在空間上前移 / 后移,只需要乘一個復指數就可以完成對相位的調整了。
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