虚数也有相似的命运,从其名字就可以看出似乎受到过很不公正的待遇。一元二次方程x 2 =1有两个解,x=1和x=-1。那对于方程x 2 =-1呢?在解之前,我们不妨先假设x 的解存在,就像负数一样,奇怪的概念往往其实有其自身的价值。
对于方程x2 =-1,其实可以写成1·x·x =-1。我们将 “乘以x ” 看成是一种“变换”,通过两次这种变换,我们最终将1变为-1。但我们不能通过和两个正数的相乘抑或是和两个负数的相乘来实现1到-1的转变,以前也说过,“变换”并不改变问题本身,而只是改变了看待问题的角度,感兴趣的可见:《六一礼物:给孩子解释什么是傅里叶变换》。
但是如果这种“变换”是“旋转”呢?听起来很新颖,但是我们把x 定义为“逆时针旋转90°角”的话,在包含两个正交轴的坐标系上,就能够实现1到-1的转变。
而这个坐标系构成的平面也称为“复平面(横轴为实数轴(Real Dimension),纵轴为虚数轴(Imaginary Dimension))”,并用字母i 作为该情况下x 的解,用来特指“逆时针旋转90°角”的变换。
(图片来源: betterexplained)
那如果想顺时针旋转90°呢?
答案是:乘以-i 就行了。
(图片来源: betterexplained)
而且如果乘以两次-i,和乘以两次i 一样,得到的也是-1。
如果分别乘以0次、1次、2次、3次、4次、5次i,可以得到:
可以得到以下结论:
1=1(毫无疑问)
i =i (感觉是句废话)
i 2=-1(上面已经说明了原因)
i 3=(i·i )·i=-1·i=-i(三次逆时针旋转90°,相当于顺时针旋转90°)
i 4=(i·i )·(i·i )=-1·-1=1(四次逆时针旋转90°,回到初始位置,循环结束)
i 5= i 4·i=i(开始下一循环,逆时针旋转90°)