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复数的幅角表示

复数的幅角表示

动态系统建模与分析 · 学习笔记
2026年8月13日

1. 复数的几何表示

复数 zz 在复平面上可表示为一点或一个向量:

  • 横轴为实轴(Re),纵轴为虚轴(Im)
  • 复数点坐标 (a,b)(a, b),即 z=a+bjz = a + bj(工程中虚数单位用 jj 表示)
  • 从原点到该点的向量长度为模 z|z|,与实轴正方向的夹角为幅角 α\alpha

复平面示意图

2. 幅角表示(极坐标 / 指数形式)

由几何关系:

z=a2+b2,sinα=Im(z)z,cosα=Re(z)z |z| = \sqrt{a^2 + b^2}, \qquad \sin\alpha = \frac{\operatorname{Im}(z)}{|z|}, \qquad \cos\alpha = \frac{\operatorname{Re}(z)}{|z|}

于是:

z=zcosα+zsinαj=z(cosα+jsinα)=zejα z = |z|\cos\alpha + |z|\sin\alpha \cdot j = |z|(\cos\alpha + j\sin\alpha) = |z|\,e^{j\alpha}

其中幅角 α=arctan(Im(z)Re(z))\alpha = \arctan\left(\dfrac{\operatorname{Im}(z)}{\operatorname{Re}(z)}\right)

3. 幅角表示下的运算性质

z1=z1ejα1z_1 = |z_1|e^{j\alpha_1}z2=z2ejα2z_2 = |z_2|e^{j\alpha_2},则:

  • 乘法z1z2=z1z2ej(α1+α2)z_1 z_2 = |z_1||z_2|\,e^{j(\alpha_1 + \alpha_2)}
  • 除法z1z2=z1z2ej(α1α2)\dfrac{z_1}{z_2} = \dfrac{|z_1|}{|z_2|}\,e^{j(\alpha_1 - \alpha_2)}
  • 共轭z=zejαz = |z|e^{j\alpha}zˉ=zejα\bar{z} = |z|e^{-j\alpha}

即:幅角表示下,复数乘法相当于模相乘、幅角相加;除法相当于模相除、幅角相减;共轭即幅角取反