เก่งดี
← สารบัญคณิตศาสตร์ ม.5
ม.5 · เพิ่มเติม🔢 จำนวนและพีชคณิตอ่าน ~72 นาที

จำนวนเชิงซ้อน

ขยายระบบจำนวนอีกครั้ง คราวนี้เพื่อให้รากที่สองของจำนวนลบมีความหมาย ผลที่ตามมาคือสมการพหุนามทุกสมการมีคำตอบเสมอ และเมื่อเขียนในรูปเชิงขั้วแล้ว การคูณกลายเป็นการหมุน ซึ่งเป็นเหตุผลที่วิศวกรรมไฟฟ้ากับกลศาสตร์ควอนตัมใช้จำนวนชนิดนี้เป็นภาษาหลัก

อ้างอิงโครงสร้างหลักสูตร: จำนวนและพีชคณิต · จำนวนเชิงซ้อน การดำเนินการ รูปเชิงขั้ว และทฤษฎีบทเดอมัวฟวร์ (สายเพิ่มเติม)

🎯 จบบทนี้แล้วคุณจะทำสิ่งเหล่านี้ได้

  • ✓บอกความหมายของหน่วยจินตภาพ เขียนจำนวนเชิงซ้อนในรูป และหากำลังของ ได้
  • ✓บอกได้ว่าจำนวนเชิงซ้อนสองจำนวนเท่ากันเมื่อใด และใช้แก้หาค่าตัวแปรได้
  • ✓บวก ลบ คูณ และหารจำนวนเชิงซ้อนได้
  • ✓หาสังยุค ค่าสัมบูรณ์ และตัวผกผันการคูณได้ พร้อมใช้สมบัติของทั้งสามอย่าง
  • ✓หารากที่สองของจำนวนเชิงซ้อนได้ ด้วยการตั้ง แล้วเทียบส่วนจริงกับส่วนจินตภาพ
  • ✓เขียนจำนวนเชิงซ้อนในรูปเชิงขั้ว และแปลงกลับไปกลับมาได้
  • ✓ใช้ทฤษฎีบทเดอมัวฟวร์หากำลังและรากที่ ของจำนวนเชิงซ้อนได้
  • ✓แก้สมการพหุนามที่มีคำตอบเป็นจำนวนเชิงซ้อนได้
  • ✓แก้สมการพหุนามตัวแปรเดียวดีกรีไม่เกินสี่ที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็มได้ โดยใช้ทฤษฎีบทตัวประกอบ ทฤษฎีบทตัวประกอบตรรกยะ และคู่สังยุค

📘 คำศัพท์สำคัญประจำบท

หน่วยจินตภาพimaginary unit

ที่นิยามให้

ส่วนจริงreal part

ค่า ใน เขียน

ส่วนจินตภาพimaginary part

ค่า ใน เขียน — เป็น จำนวนจริง ไม่ได้รวม เข้าไปด้วย

สังยุคconjugate

เมื่อ — เปลี่ยนเครื่องหมายส่วนจินตภาพ

ค่าสัมบูรณ์modulus

— ระยะจากจุดกำเนิดถึงจุดที่แทน บนระนาบเชิงซ้อน

ระนาบเชิงซ้อนcomplex plane

ระนาบที่แกนนอนแทนส่วนจริงและแกนตั้งแทนส่วนจินตภาพ

จำนวนจินตภาพแท้purely imaginary number

จำนวนเชิงซ้อนที่ส่วนจริงเป็น และส่วนจินตภาพไม่เป็น เช่น หรือ

ตัวผกผันการคูณmultiplicative inverse

ที่ทำให้ — มีเสมอเมื่อ และหาได้จาก

คู่สังยุคconjugate pair

จำนวนเชิงซ้อนสองตัวที่เป็นสังยุคของกันและกัน เช่น กับ — รากเชิงซ้อนของพหุนามที่สัมประสิทธิ์เป็นจำนวนจริงมาเป็นคู่แบบนี้เสมอ

อาร์กิวเมนต์argument

มุมที่เวกเตอร์จากจุดกำเนิดถึง ทำกับแกนจริงด้านบวก เขียน — กำหนดเฉพาะเมื่อ และบวกหรือลบ แล้วยังแทนจุดเดิม

รูปเชิงขั้วpolar form

— เขียนด้วยระยะกับมุมแทนพิกัด

ทฤษฎีบทเดอมัวฟวร์De Moivre's theorem

กฎที่บอกว่าการยกกำลังจำนวนเชิงซ้อนคือการยกกำลังระยะและคูณมุม

ทฤษฎีบทหลักมูลของพีชคณิตfundamental theorem of algebra

สมการพหุนามดีกรี มีคำตอบเป็นจำนวนเชิงซ้อน คำตอบเสมอ เมื่อนับคำตอบซ้ำด้วย

ทฤษฎีบทตัวประกอบตรรกยะrational root theorem

ถ้า (เศษส่วนอย่างต่ำ) เป็นรากของพหุนามสัมประสิทธิ์จำนวนเต็ม แล้ว หารพจน์คงตัวลงตัวและ หารสัมประสิทธิ์นำลงตัว

7.1 ทำไมต้องมีจำนวนเชิงซ้อน

  • • ไม่มีคำตอบในจำนวนจริง เพราะไม่มีจำนวนจริงตัวไหนยกกำลังสองแล้วได้ค่าติดลบ
  • •จึงนิยามจำนวนใหม่ ให้
  • •จำนวนเชิงซ้อน เขียนในรูป โดย คือส่วนจริง และ คือส่วนจินตภาพ
  • •จำนวนจริงทุกตัวก็เป็นจำนวนเชิงซ้อน (ที่มี ) — ระบบใหม่จึงไม่ได้ทิ้งของเก่า แต่ครอบของเก่าไว้ทั้งหมด

📎นี่คือรูปแบบเดิมที่เคยเกิดมาแล้วสามครั้ง

ทุกครั้งที่คณิตศาสตร์ติดตัน เราขยายระบบจำนวน — จำนวนนับลบกันไม่ได้ทุกคู่ จึงมีจำนวนเต็มลบ · หารไม่ลงตัวทุกคู่ จึงมีเศษส่วน · เขียนเป็นเศษส่วนไม่ได้ จึงมีจำนวนอตรรกยะ · และตอนนี้ถอดรากจำนวนลบไม่ได้ จึงมีจำนวนเชิงซ้อน · ทุกครั้งระบบใหม่ครอบระบบเก่าไว้เสมอ

📎หนังสือเรียนนิยามจำนวนเชิงซ้อนเป็นคู่อันดับ

หนังสือเรียนเริ่มจากนิยามว่าจำนวนเชิงซ้อนคือคู่อันดับ ของจำนวนจริง พร้อมกติกาการบวก และการคูณ · ถ้าตั้งชื่อ จะได้ ซึ่งก็คือจำนวนจริง นั่นเอง · คู่อันดับ จึงเขียนแทนได้ด้วย ที่บทนี้ใช้ และกติกาการคูณที่ดูแปลกนั้นก็คือผลของการกระจายวงเล็บแล้วแทน — สองแบบนี้เป็นเรื่องเดียวกัน ต่างกันแค่วิธีเขียน

🔑การเท่ากันของจำนวนเชิงซ้อน

ก็ต่อเมื่อ และ · สมการเชิงซ้อนหนึ่งสมการจึงให้สมการจำนวนจริงสองสมการเสมอ — นี่คือกลไกที่ใช้แก้โจทย์ประเภท “หาค่า และ ” ได้

✏️ตัวอย่าง

จงหาจำนวนจริง และ ที่ทำให้

  1. ขั้นที่ 1เทียบส่วนจริงกับส่วนจริง: จึงได้
  2. ขั้นที่ 2เทียบส่วนจินตภาพกับส่วนจินตภาพ: จึงได้

ตอบ   ·

💡 ย้ำว่าส่วนจินตภาพคือ จำนวนจริงที่คูณอยู่กับ ไม่ใช่ทั้งพจน์ — ส่วนจินตภาพของ คือ ไม่ใช่

กำลังของ วนซ้ำทุก 4

💡เคล็ดลับ

หา ที่ ใหญ่ๆ ให้ หาร ด้วย แล้วดูเศษ — เศษ ให้ ตามลำดับ · เช่น : เศษ จึงได้

⚠️กฎรากที่ใช้ไม่ได้อีกต่อไป

กฎ ที่ใช้มาตลอด ใช้ไม่ได้เมื่อ และ ติดลบทั้งคู่ · ไม่เท่ากับ · วิธีที่ถูกคือแปลงเป็น ก่อนเสมอ: · ปลอดภัยสุดคือ ดึง ออกก่อนเสมอ แล้วค่อยคูณ

📝 เนื้อหาเต็มของบทนี้กำลังตรวจทาน

ตอนนี้เปิดให้อ่านแล้ว 1 หัวข้อจากทั้งหมด 8 หัวข้อ — อีก 7 หัวข้อ พร้อมตัวอย่างแก้ทีละขั้น สรุปสูตรท้ายบท ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย และแบบเช็กตัวเอง จะเปิดให้อ่านเมื่อตรวจทานเสร็จ

เราตรวจทุกสูตรและทุกตัวอย่างก่อนเผยแพร่ เพราะเนื้อหาผิดหนึ่งบรรทัด อาจทำให้คุณจำผิดไปทั้งบท

เนื้อหา ตาราง และตัวอย่างทั้งหมดเรียบเรียงขึ้นใหม่โดยเก่งดี อ้างอิงเพียงโครงสร้างหลักสูตรแกนกลาง (ข้อมูลสาธารณะ)— ไม่คัดลอกจากหนังสือเรียน หนังสือติว หรือเว็บติวของผู้ใด