高中 · 复数 · 几何意义

乘以一个复数,为什么会转动?

初始复数z=2+i,乘数w=ρ(cosθ+i sinθ),乘法分解为伸缩与旋转。让乘数转过90°,观察原向量的像。

问题的来处18—19世纪 · 欧拉、高斯与复平面

复数旋转:问题从哪里来?

复数曾因没有直接的实数解释而令人困惑。欧拉公式与复平面表示让乘法成为缩放和旋转,代数运算由此获得几何图像。

读一段背景,带着问题动手

复数曾因没有直接的实数解释而令人困惑。欧拉公式与复平面表示让乘法成为缩放和旋转,代数运算由此获得几何图像。

改变辐角后点会移动,模长却可保持不变。转一圈回到同一点,不意味着所经过的角度没有区别。

现在,换你来试让乘数转过90°,观察原向量的像。 固定其他条件,亲手将乘数辐角分别设为90和180°,各核验一次;只改变辐角时,向量长度是否保持?

复数旋转

M29 / 复数
今天的问题

只改变辐角时,向量长度是否保持?

独立探索要做什么?

让乘数转过90°,观察原向量的像。 固定其他条件,亲手将乘数辐角分别设为90和180°,各核验一次;只改变辐角时,向量长度是否保持?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
青向量:原复数金向量:乘积蓝环:同模圆
看这里 · 乘积模长2.2361

乘积=0.707+2.121i;只转角不改变模长。

本题是平面数学构造。三维将同一构造放入空间,便于换角度看;证明仍依据二维关系。

45 °逐步改变乘数辐角,观察乘法的旋转。
乘积模长
2.2361
实部
0.7071
虚部
2.1213

乘积=0.707+2.121i;只转角不改变模长。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

本实验以装置几何与上方读数作为证据。

换个条件,再想一步

乘数模为2时,结果的模会怎样?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

zw=ρ[(2cosθ−sinθ)+i(2sinθ+cosθ)];|zw|=|z|ρ,辐角相加。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

只改变辐角时,向量长度是否保持?

换个条件,再试一次

乘数模为2时,结果的模会怎样?

看哪里?

本题是平面数学构造。三维将同一构造放入空间,便于换角度看;证明仍依据二维关系。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识复数 · 几何意义涉及的量与单位:乘数辐角(°)、乘数模长(无量纲)。高中为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:让乘数转过90°,观察原向量的像。

再做定量:保持其他条件,比较乘数辐角与乘积模长(无量纲),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

zw=ρ[(2cosθ−sinθ)+i(2sinθ+cosθ)];|zw|=|z|ρ,辐角相加。

对照核验提示:四分之一圈:乘数辐角 90 °;半圈:只改变乘数辐角 180 °。按这些题设自己操作并比较乘积模长,不把参考情景当个人完成。

适用范围:乘积=0.707+2.121i;只转角不改变模长。

Wolfram MathWorld · 相关词条(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。