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18 代数

参阅《费曼物理学讲义(第1卷)》第22章。

满足基本代数规则的最一般的数的形式是复数。复数可以写成一个纯实数(正或负)和一个纯虚数之和。虚数是实数与单位虚数i(i= )之积。(单位实数是1= 。)

u (复数)= x (实数)+i y (虚数)。

对于任何代数方程,若所有i的符号都改变,则新的代数方程仍然正确。这一操作叫作取复数共轭。若 u = x +i y ,则 u 的复数共轭,记为 u *,是 u *= x -i y

将代数规则应用于复数,有:

I. ( a +i b )+( c +i d )=( a + c )+i( b + d

II. ( a +i b )·( c +i d )=( ac - bd )+i( ad + bc

III. | u |= = 。此为复数 u 的模。

实数的虚数次幂是复数,其模为1。随虚数幂次的大小增加,复数的实部和虚部像正弦和余弦函数一样变化。具体为:

IV. e i θ =cos θ +isin θ

18.1 在方程

u +i v =( a +i b )( c +i d

中,记 =tan α =tan β 。利用上面的式II和三角公式证明:

(a) =

(b) =tan( α + β )。

18.2 利用式IV完成习题18.1。

18.3 证明:

cos θ =(e i θ +e -i θ )/2,

sin θ =(e i θ -e -i θ )/2i。

18.4 证明:

18.5 定义如下的两个量cosh θ 和sinh θ 分别被叫作 θ 的双曲余弦和双曲正弦:

证明:

cosi θ =cosh θ

sini θ =isinh θ

cosh 2 θ -sinh 2 θ =1。

18.6 利用微分基本公式

证明:

18.7 (a)通过逐次求导或其他方法,证明e x 可以表示为以下无穷级数:

(b)证明cos x 和sin x 可以表示为以下无穷级数:

(这些级数对所有 x 都收敛,特别当 x 1时,这些级数对于计算e x ,cos x ,sin x 很有用处。)

18.8 求方程 的全部代数根,其中 n 为整数。

18.9 利用e i 的性质和二项式定理,证明:

18.10 (a)从关系式e i( θ + φ =e i θ e i φ 出发,证明两角和的正弦和余弦公式。

(b)一复数 A e i θ 被另一复数 B e i φ 相乘,从几何的角度解释其意义。

18.11 由下方的11的逐次平方根表,计算log 11 2和log 11 7,精确到3位有效数字。

(利用log a N =log a b log b N 检验计算结果。 a b 是任意对数底。) V5M0WqcVA10s4fbHS7Eys/yiD+XfhkHE+3O/XlDN/VGd/ErN1LGDLkdF04faaS07

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