作者 | 刘洋洲
来源 | 转自知乎专栏《万物皆数也》,“数学英才”获授权转载,在此感谢!
序多项式函数的函数图像相信大家都有所了解:一次函数是直线,二次函数是抛物线……然而这都是在实数域上的讨论。本文尝试可视化多项式在复平面上的作用,从而给出代数基本定理更为直观的理解,让我们一起领略复数世界的奇妙现象。
复数ABC关于复数的知识我在前面的文章有过论述(从复数到分形——Julia集、Mandelbort集简介,点击链接查看文章),具体细节可以参考此文。下面我们简要叙述一下关于复数的基本知识。
复数是2维的数,其全体构成是复平面,这是认识复数最方便的几何对象。我们中学接触的实数域上的连续函数,都可以在坐标系下画出曲线;然而,以复数作为变量的函数——复变函数,在复平面上是无法画出曲线的,因为复变函数本质上是复平面到自身的变换。
复数的加法是平移变换,乘法是旋转和伸缩变换。欧拉公式十分直白地体现了复数乘法的特性:
即模长相乘,辐角相加。
幂函数对于函数,用欧拉公式去表示,其几何意义很显然:将模长变成原来的n次方,辐角扩大为n倍。
上图这是平方函数对于复平面的作用,我们看到原来的正交的网格变成了彼此正交的抛物线(即所谓的共形变换),请读者自行证明。
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这个变换直观上看就好像是将复平面沿负实半轴剪开,然后绕着原点环抱,形成双层结构(如下图)。