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
จงหาจำนวนจริง และ ที่ทำให้
- ขั้นที่ 1เทียบส่วนจริงกับส่วนจริง: จึงได้
- 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
อ่านจบแล้ว — ลองของจริงเลย
โจทย์สร้างใหม่ทุกครั้ง ไม่ซ้ำ พร้อมเฉลยที่สอนวิธีคิด
เนื้อหา ตาราง และตัวอย่างทั้งหมดเรียบเรียงขึ้นใหม่โดยเก่งดี อ้างอิงเพียงโครงสร้างหลักสูตรแกนกลาง (ข้อมูลสาธารณะ)— ไม่คัดลอกจากหนังสือเรียน หนังสือติว หรือเว็บติวของผู้ใด