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複數四則運算計算機(附分母實數化過程、共軛複數、絕對值與複數平面圖)

請輸入兩個複數 z₁ = a + bi、z₂ = c + di 的實部和虛部,再選擇要計算的運算(+−×÷)。下方的式子和輸入欄連動,直接改寫式子中的數字也能計算。

數值請以半形輸入,可以使用小數、負數和 3/4 這樣的分數。實部、虛部空白時當作 0(例如只有 z₁ 的虛部空白,z₁ 就是實數 a)。
計算結果與圖表
在左邊的輸入欄輸入實部和虛部,選擇運算(+−×÷)後按下「計算」,結果和複數平面圖就會顯示在這裡。

這個頁面可以做什麼

  • 只要輸入實部、虛部並選擇運算,就能立即計算兩個複數 \(z_1 = a+bi\)、\(z_2 = c+di\) 的加法、減法、乘法、除法
  • 答案以 \(\dfrac{11}{25} + \dfrac{2}{25}i\) 這種約分好的分數(精確值)的 \(a+bi\) 形式顯示。除法會顯示把分子、分母同乘以分母的共軛複數,讓分母變成實數的「分母實數化」過程;乘法會顯示展開後把 \(i^2\) 換成 \(-1\) 的過程
  • 另外也會顯示計算結果的共軛複數 \(\overline{z}\) 和絕對值 \(|z|\)。絕對值會像 \(|3+4i| = 5\)、\(|1+i| = \sqrt{2}\) 這樣,以化簡根號後的精確值回答
  • 計算結果也能用複數平面(高斯平面)的圖確認,\(z_1\)、\(z_2\) 和計算結果各點的位置關係一目了然
  • 實部、虛部除了小數、負數,也可以輸入 3/4 這樣的分數
適用於高三選修數學學到的複數四則運算(以及共軛複數、絕對值)。極式(用絕對值和輻角表示的寫法)和棣美弗定理請使用相關頁面。

這個計算有什麼用?

交流電路的計算(電機、電子工程)

家裡插座的交流電,電壓和電流會像波一樣起伏,而且不同的元件會讓波的時間點(相位)錯開。電機工程的標準做法,是把這個「大小」和「錯開程度」合成一個複數(阻抗)來表示,只用複數的四則運算就完成電路的計算。
大學電機系的電路學課程和電機技師考試都會用到複數的計算。從手機充電器到發電廠,凡是有交流電流過的地方,設計都靠複數的計算支撐。

通訊、音訊處理的訊號分析(傅立葉轉換)

聲音、電波這類「波」,可以用一種使用複數的計算——傅立葉轉換,分解成「含有多少各種高低的聲音(頻率)」。手機通訊(Wi-Fi、5G)、音樂壓縮、降噪和語音辨識,內部都在大量進行這種複數計算。
複數的強項是能用一個數同時處理波的「大小」和「時間點」,所以在訊號處理的領域,複數比實數更是主角。傅立葉轉換本身是大學以後的內容,但其中進行的,就是高中學的複數乘法和加法。

飛機和機器人的控制(判定穩定性)

設計飛機的自動駕駛、無人機、機器人這類「抑制晃動、保持穩定」的機器時,會看表示系統性質的方程式的解(複數)落在複數平面的哪裡,來判定穩定還是不穩定。解的實部為負,晃動就會平息;為正,就會越晃越大。
在這個領域,解在複數平面上的位置,直接就是「能不能安全飛行」的判斷依據。處理這種穩定性判定的控制工程,是大學以後學習的內容。

遊戲、電腦繪圖的旋轉計算

把平面上的點 \((x,\ y)\) 看成複數 \(x+yi\),只要乘以絕對值為 1 的複數,就能計算「繞原點的旋轉」。例如乘以 \(i\) 就是旋轉 90 度。2D 遊戲中轉動角色或子彈的方向,可以直接利用這個性質。
3D 遊戲和手機偵測姿態時使用的四元數,就是把這種「用複數表示旋轉」的想法推廣到三維空間。

把二次方程式、三次方程式解到底(數學)

一元二次方程式在判別式 \(D = b^2 - 4ac\) 為負時沒有實數解,但把數系擴大到複數後,連 \(x^2 = -1\) 也有解 \(x = \pm i\),任何二次方程式、三次方程式都一定有解(代數基本定理)。
「無解」的例外不再存在,所以不只數學,物理和工程的理論也都以複數為前提建立。高中的複數計算,就是它的入口。

公式與圖形

複數的加法與減法
圖
數學寫法 (一般的數學式)
\((a+bi) + (c+di)\) \(=\) \((a+c)\) \(+\) \((b+d)i\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
③ 複數 \(z_1\) 與 \(z_2\) 的和 \(=\) ① 實部相加 \(+\) ② 虛部相加後乘上 \(i\)
用文字讀公式
① 實數部分和 \(i\) 的部分可以分開整理,所以 實部相加 \(a+c\) 加上
② 虛部相加 \(b+d\) 乘上 \(i\),就是
③ 複數 \(z_1\) 與 \(z_2\) 的和 。
簡單範例
計算 \((2+3i) + (4-i)\)(\(4-i\) 的虛部是 \(-1\))
\((2+3i)+(4-i)\) 的和 \(=\) 實部相加 \(2+4\) \(+\) 虛部相加 \(3-1\) 後乘上 \(i\)
\((2+3i) + (4-i) = (2+4) + (3-1)i = 6 + 2i\)
思考重點
減法的做法完全一樣,只要把實部和實部、虛部和虛部分別相減:\((a+bi) - (c+di) = (a-c) + (b-d)i\)。 訣竅是把 \(i\) 當成「像 \(x\) 一樣的文字」來合併同類項。就像 \(2x + 3\) 加 \(4x - 1\) 時,把 \(x\) 項和數字項分開合併一樣,把 \(i\) 的項(虛部)和數字項(實部)分開合併。 從複數平面來看,加法就是「把兩支箭頭接起來」,\(0\)、\(z_1\)、\(z_2\)、\(z_1+z_2\) 四點構成一個平行四邊形(上圖)。
複數的乘法與 \(i^2 = -1\)
數學寫法 (一般的數學式)
\((a+bi)(c+di)\) \(=\) \((ac-bd)\) \(+\) \((ad+bc)i\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
③ 複數 \(z_1\) 與 \(z_2\) 的積 \(=\) ① 實部:\(ac\) 減 \(bd\) \(+\) ② 虛部:\(ad\) 加 \(bc\) 後乘上 \(i\)
用文字讀公式
① 像代數式一樣把括號展開,再把 \(i^2\) 換成 \(-1\),會出現 實部 \(ac - bd\) 和
② 虛部 \(ad + bc\) 乘上 \(i\) 的項,兩者相加就是
③ 複數 \(z_1\) 與 \(z_2\) 的積 。
簡單範例
計算 \((1+2i)(3+4i)\)
\((1+2i)(3+4i)\) 的積 \(=\) 實部 \(1 \times 3 - 2 \times 4\) \(+\) 虛部 \(1 \times 4 + 2 \times 3\) 乘上 \(i\)
\((1+2i)(3+4i) = 3 + 4i + 6i + 8i^{2}\)
\(= 3 + 10i - 8 = -5 + 10i\)
思考重點
展開的方法和代數式的 \((a+b)(c+d) = ac + ad + bc + bd\) 完全一樣。複數特有的規則只有一條:出現 \(i \times i = i^2\) 時,把它換成 \(-1\)。 這是因為 \(i\) 是被定義為「平方後等於 \(-1\) 的數」(虛數單位)。在實數的世界裡,任何數平方後都大於或等於 0,所以 \(x^2 = -1\) 沒有解;把這個 \(i\) 加入數的行列後,就建立了任何二次方程式都有解的更大的數系(複數)。 不必死背公式。每次只要「展開後把 \(i^2\) 換成 \(-1\)」,就會得到相同的結果。
複數的除法與分母實數化
數學寫法 (一般的數學式)
\(\dfrac{a+bi}{c+di}\) \(=\) \(\dfrac{ac+bd}{c^{2}+d^{2}}\) \(+\) \(\dfrac{bc-ad}{c^{2}+d^{2}}\,i\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
③ 複數 \(z_1\) 除以 \(z_2\) 的商 \(=\) ① 實部:\(ac+bd\) 除以 \(c^2+d^2\) \(+\) ② 虛部:\(bc-ad\) 除以 \(c^2+d^2\) 後乘上 \(i\)
用文字讀公式
① 分子、分母同乘以分母的共軛複數 \(c-di\),分母就變成實數 \(c^2+d^2\)(分母實數化),並出現 實部 \(\dfrac{ac+bd}{c^2+d^2}\) 和
② 虛部 \(\dfrac{bc-ad}{c^2+d^2}\) 乘上 \(i\) 的項,兩者相加就是
③ 複數 \(z_1\) 除以 \(z_2\) 的商 。
簡單範例
計算 \(\dfrac{1+2i}{3+4i}\)(分子、分母同乘以分母的共軛複數 \(3-4i\))
\(\dfrac{1+2i}{3+4i}\) 的商 \(=\) 實部 \(\dfrac{11}{25}\) \(+\) 虛部 \(\dfrac{2}{25}\) 乘上 \(i\)
\(\dfrac{1+2i}{3+4i} = \dfrac{(1+2i)(3-4i)}{(3+4i)(3-4i)} = \dfrac{3 - 4i + 6i - 8i^{2}}{3^{2}+4^{2}}\)
\(= \dfrac{11 + 2i}{25} = \dfrac{11}{25} + \dfrac{2}{25}i\)
思考重點
為什麼要乘以共軛複數?因為 \((c+di)(c-di) = c^2 - (di)^2 = c^2 + d^2\),\(i\) 會被完全消去(這是平方差公式 \((x+y)(x-y) = x^2 - y^2\) 和 \(i^2 = -1\) 的組合)。 分母還留著 \(i\) 時,看不出 \(a+bi\) 的形式(實部和虛部),所以要先把 \(i\) 從分母趕走。這和國中八年級學的「分母有理化」(把 \(\dfrac{1}{\sqrt{2}}\) 的分子、分母同乘以 \(\sqrt{2}\),消去分母的根號)是完全相同的想法。 另外,不能除以 \(z_2 = 0\)(實部和虛部都是 0)。實數「不能除以 0」的規則,在複數中也一樣。
複數的絕對值 \(|z|\)
圖
數學寫法 (一般的數學式)
\(|z|\) \(=\) \(\sqrt{a^{2}+b^{2}}\)
文字寫法 (把符號換成文字的公式)
② 複數 \(z\) 的絕對值 \(=\) ① 實部的平方加虛部的平方,再開平方根
用文字讀公式
① 對於複數 \(z = a+bi\), 實部的平方加虛部的平方,再開平方根 \(\sqrt{a^2+b^2}\) 就是
② 複數 \(z\) 的絕對值 。
簡單範例
\(z = 3+4i\) 的絕對值是
\(3+4i\) 的絕對值 \(=\) \(\sqrt{3^2+4^2}\)
\(|3+4i| = \sqrt{3^{2}+4^{2}} = \sqrt{25} = 5\)
\(|1+i| = \sqrt{1^{2}+1^{2}} = \sqrt{2}\)
思考重點
絕對值 \(|z|\) 表示在複數平面上「從原點到 \(z\) 的距離」(上圖)。它是到橫向走實部 \(a\)、縱向走虛部 \(b\) 的點的距離,所以就是畢氏定理本身。可以把它想成把實數的絕對值(數線上與 0 的距離)推廣到平面上。 它和共軛複數 \(\overline{z} = a-bi\) 之間有 \(z \times \overline{z} = a^2 + b^2 = |z|^2\) 的關係。做除法時分母乘以共軛複數後,分母會變成 \(|z_2|^2\) 這個正實數,就是因為這個關係。 有時根號會像 \(\sqrt{25} = 5\) 一樣消失,有時會像 \(\sqrt{2}\) 一樣保留。這個計算機也會把 \(\sqrt{48} = 4\sqrt{3}\) 這樣的根號化簡,以精確值回答。
複數計算的基本,是把 \(i\) 當成文字來整理,出現 \(i^2\) 就換成 \(-1\)。只有除法需要多一個步驟:先把分子、分母同乘以分母的共軛複數,讓分母變成實數(分母實數化),再分成實部和虛部。

符號與用語解說

符號

\(i\) i 虛數單位,被定義為平方後等於 \(-1\) 的數(\(i^2 = -1\))。名稱來自 imaginary number(想像的數)的字首。
\(z\) z 常用來表示複數的文字。為了和用 \(x\)、\(y\) 表示的實數變數區分,複數習慣用 \(z\)、\(w\) 表示。
\(z_1,\ z_2\) z 下標 1、z 下標 2 第 1 個、第 2 個複數。右下的小數字(下標)是表示「第幾個」的編號,和寫在右上方的乘方指數不同。
\(a,\ b,\ c,\ d\) a、b、c、d 在這個頁面,\(z_1 = a+bi\) 的 \(a\) 是實部、\(b\) 是虛部,\(z_2 = c+di\) 的 \(c\) 是實部、\(d\) 是虛部。表示已知的數時,習慣用字母表前面的字母。
\(\overline{z}\) z bar \(z\) 的共軛複數,也就是把 \(z = a+bi\) 的虛部變號後的 \(a-bi\)。上方的橫線(bar)是表示「成對的另一半」的符號。
\(|z|\) z 的絕對值 複數 \(z\) 的絕對值,也就是在複數平面上從原點到 \(z\) 的距離,用 \(|a+bi| = \sqrt{a^2+b^2}\) 計算。和實數的絕對值符號一樣,用兩條直線表示。

用語

複數 可以寫成 \(a+bi\)(\(a\)、\(b\) 是實數)形式的數。是把實數和虛數合在一起的更大的數系,在複數的範圍內,任何二次方程式一定有解。
虛數 不是實數的複數,也就是 \(a+bi\) 中虛部 \(b\) 不是 0 的數。名字雖然叫「虛」數,卻是在電學、物理計算中實際派上用場的數。
虛數單位 指 \(i\)。被定義為滿足 \(i^2 = -1\) 的數,所有虛數都能用 \(i\) 表示。
實部 \(a+bi\) 的 \(a\)。是複數的「實數部分」,在複數平面上相當於橫軸(實軸)方向的坐標。
虛部 \(a+bi\) 的 \(b\)(不含 \(i\))。在複數平面上相當於縱軸(虛軸)方向的坐標。例如 \(3-2i\) 的虛部是 \(-2\)。
純虛數 實部是 0、虛部不是 0 的複數(\(2i\)、\(-3i\) 等)。在複數平面上落在虛軸上。
共軛複數 \(a+bi\) 對應的 \(a-bi\)。最大的特徵是兩者相乘會得到 \((a+bi)(a-bi) = a^2+b^2\) 這個大於或等於 0 的實數,在除法的分母實數化中大顯身手。「共軛」是「成對、一起作用」的意思。
絕對值 在複數平面上與原點的距離 \(\sqrt{a^2+b^2}\)。是把實數的絕對值(數線上與 0 的距離)推廣到平面上。
複數平面 以橫軸為實部、縱軸為虛部,把複數 \(a+bi\) 表示成點 \((a,\ b)\) 的平面,也稱為高斯平面。台灣在高三選修數學中學習,這個頁面也把它當成讓複數「看得見」的工具,用在圖上。
實軸 複數平面的橫軸,是實數排列的軸。實數是虛部為 0 的複數,所以落在實軸上。
虛軸 複數平面的縱軸,是純虛數(像 \(2i\) 這樣實部為 0 的複數)排列的軸。
分母實數化 分母是複數的分數,把分子、分母同乘以分母的共軛複數,讓分母變成實數。是國中學的「分母有理化」(消去分母根號的操作)的複數版。
展開 把有括號的式子去掉括號,改寫成各項相加減的形式,也叫「乘開」。就像 \((a+b)(c+d) = ac+ad+bc+bd\),把一個括號裡的每一項,分別乘以另一個括號裡的每一項。
同類項 文字部分相同的項。複數的加減法中,把有 \(i\) 的項(虛部)和沒有 \(i\) 的項(實部)分別當成同類項合併。
判別式 判定一元二次方程式 \(ax^2+bx+c=0\) 的解是哪一種的式子 \(D = b^2-4ac\)。\(D < 0\) 時沒有實數解,但在複數的範圍內有 \(x = \dfrac{-b \pm \sqrt{-D}\,i}{2a}\) 這樣的虛數解(虛根)。這是複數出現在高中數學的第一個入口。

建議先了解的基礎知識

為了能「理解意思」地使用這個頁面的計算,這裡整理了建議先了解的基礎知識。
卡住的時候,回到這裡的內容複習是最快的方法。

代數式的展開與同類項(國中七~八年級,12~14 歲)
  • 會像 \((a+b)(c+d) = ac+ad+bc+bd\) 這樣,把括號相乘的式子展開
  • 會用平方差公式 \((x+y)(x-y) = x^{2}-y^{2}\)(這正是乘以共軛複數後會變成實數的原因)
  • 會像 \(2x + 3x = 5x\) 這樣合併同類項
平方根與根號(國中八年級,13~14 歲)
  • 知道像 \(\sqrt{25} = 5\) 這樣,平方後等於根號內的數的正數就是平方根
  • 會像 \(\sqrt{48} = 4\sqrt{3}\) 這樣,把根號內的平方因數提出來化簡
分母有理化(國中八年級,13~14 歲)
  • 會像 \(\dfrac{1}{\sqrt{2}} = \dfrac{\sqrt{2}}{2}\) 這樣,分子、分母同乘以一個數,消去分母的根號(複數的「分母實數化」就是這個想法的複數版)
坐標平面與畢氏定理(國中七~八年級,12~14 歲)
  • 會在坐標平面上標出點 \((a,\ b)\) 的位置(複數平面就是「橫軸=實部、縱軸=虛部」的坐標平面)
  • 能由畢氏定理知道原點和點 \((a,\ b)\) 的距離是 \(\sqrt{a^{2}+b^{2}}\)(這就是複數絕對值的真面目)
一元二次方程式與判別式(國中八年級~高中,13~18 歲)
  • 會用公式解 \(x = \dfrac{-b \pm \sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}\)
  • 知道判別式 \(D = b^{2}-4ac\) 為負時沒有實數解(這時登場的就是虛數)
分數的計算(國小五年級~國中七年級,10~13 歲)
  • 會約分和通分(計算結果會以 \(\dfrac{11}{25}\) 這樣約分好的分數表示)
  • 會把分數化成小數(把 \(\dfrac{11}{25}\) 化成 0.44)

用 Excel 計算的方法

把下方表格整個複製,貼到 Excel 的 A1 儲存格就能直接使用。
求「複數的四則運算」的表
z₁ 的實部 a 1
z₁ 的虛部 b 2
z₂ 的實部 c 3
z₂ 的虛部 d 4
複數 z₁ =COMPLEX(B1,B2)
複數 z₂ =COMPLEX(B3,B4)
和 z₁+z₂ =IMSUM(B5,B6)
差 z₁−z₂ =IMSUB(B5,B6)
積 z₁×z₂ =IMPRODUCT(B5,B6)
商 z₁÷z₂ =IMDIV(B5,B6)
求「共軛複數與絕對值」的表
實部 a 3
虛部 b 4
複數 z =COMPLEX(B1,B2)
共軛複數 =IMCONJUGATE(B3)
絕對值 |z| =IMABS(B3)
確認「除法(分母實數化)」的表
z₁ 的實部 a 1
z₁ 的虛部 b 2
z₂ 的實部 c 3
z₂ 的虛部 d 4
分母 c²+d² =B3^2+B4^2
商的實部 (ac+bd)÷(c²+d²) =(B1*B3+B2*B4)/B5
商的虛部 (bc−ad)÷(c²+d²) =(B2*B3-B1*B4)/B5
Excel 備有複數專用的函數。用 COMPLEX 函數由實部、虛部建立複數(「1+2i」這樣的字串),再交給 IMSUM(和)、IMSUB(差)、IMPRODUCT(積)、IMDIV(商)計算。
第 1 個表是 z₁ = 1+2i、z₂ = 3+4i 的例子,和顯示為「4+6i」、差為「-2-2i」、積為「-5+10i」、商為「0.44+0.08i」(結果不是數值,而是字串)。
第 2 個表是 z = 3+4i 的例子,共軛複數是「3-4i」,絕對值是 5(只有 IMABS 會傳回一般的數值)。
第 3 個表不靠複數函數,而是照「分母實數化」的公式計算除法來確認。商的實部是 0.44(= 11/25),虛部是 0.08(= 2/25),和 IMDIV 的結果一致。「^」是乘方、「*」是乘法、「/」是除法的符號。

用 Google 試算表計算的方法

把下方表格整個複製,貼到 Google 試算表的 A1 儲存格就能直接使用。
求「複數的四則運算」的表
z₁ 的實部 a 1
z₁ 的虛部 b 2
z₂ 的實部 c 3
z₂ 的虛部 d 4
複數 z₁ =COMPLEX(B1,B2)
複數 z₂ =COMPLEX(B3,B4)
和 z₁+z₂ =IMSUM(B5,B6)
差 z₁−z₂ =IMSUB(B5,B6)
積 z₁×z₂ =IMPRODUCT(B5,B6)
商 z₁÷z₂ =IMDIV(B5,B6)
求「共軛複數與絕對值」的表
實部 a 3
虛部 b 4
複數 z =COMPLEX(B1,B2)
共軛複數 =IMCONJUGATE(B3)
絕對值 |z| =IMABS(B3)
確認「除法(分母實數化)」的表
z₁ 的實部 a 1
z₁ 的虛部 b 2
z₂ 的實部 c 3
z₂ 的虛部 d 4
分母 c²+d² =B3^2+B4^2
商的實部 (ac+bd)÷(c²+d²) =(B1*B3+B2*B4)/B5
商的虛部 (bc−ad)÷(c²+d²) =(B2*B3-B1*B4)/B5
Google 試算表也有和 Excel 相同的複數函數(COMPLEX、IMSUM、IMSUB、IMPRODUCT、IMDIV、IMCONJUGATE、IMABS),可以直接使用相同的公式。把表格整個複製,貼到 A1 儲存格,再把實部、虛部改成您自己的數值。

用 Python 計算的方法

from fractions import Fraction
import math

# z1 = a + bi、z2 = c + di 的實部和虛部(3/4 這樣的分數可以寫成 Fraction(3, 4))
z1_real, z1_imag = Fraction(1), Fraction(2)
z2_real, z2_imag = Fraction(3), Fraction(4)

# 和、差:實部和實部、虛部和虛部分別合併
add_real, add_imag = z1_real + z2_real, z1_imag + z2_imag
sub_real, sub_imag = z1_real - z2_real, z1_imag - z2_imag

# 積:展開後代入 i^2 = -1 得到的公式 (ac-bd) + (ad+bc)i
mul_real = z1_real * z2_real - z1_imag * z2_imag
mul_imag = z1_real * z2_imag + z1_imag * z2_real

# 商:分母實數化。分母會變成 c^2 + d^2 這個實數
denominator = z2_real ** 2 + z2_imag ** 2
div_real = (z1_real * z2_real + z1_imag * z2_imag) / denominator
div_imag = (z1_imag * z2_real - z1_real * z2_imag) / denominator

# 商的絕對值:實部的平方加虛部的平方,再開平方根
abs_squared = div_real ** 2 + div_imag ** 2
abs_value = math.sqrt(abs_squared)

# 轉成 a+bi 形式的字串(虛部為負時,以 -2 - 2i 這樣的減法形式顯示)
def to_complex_str(real, imag):
    sign = "-" if imag < 0 else "+"
    return f"{real} {sign} {abs(imag)}i"

print(f"和: {to_complex_str(add_real, add_imag)}")
print(f"差: {to_complex_str(sub_real, sub_imag)}")
print(f"積: {to_complex_str(mul_real, mul_imag)}")
print(f"商: {to_complex_str(div_real, div_imag)}")
print(f"商的絕對值的平方(分數): {abs_squared}")
print(f"商的絕對值(小數): {abs_value}")
使用標準函式庫的 fractions 模組,可以用沒有小數捨入誤差的精確分數來計算。這個例子是 z₁ = 1+2i、z₂ = 3+4i,商會顯示為「11/25 + 2/25i」,商的絕對值的平方顯示為「1/5」(也就是絕對值為 √5/5 ≈ 0.447)。請改寫實部、虛部後執行。另外,如果不需要精確值,Python 也內建複數型別,可以像 (1+2j)/(3+4j) 這樣加上 j 直接計算。

用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)

複數的加法與減法
(a+bi) + (c+di) = (a+c) + (b+d)i
(a+bi) + (c+di) = (a+c) + (b+d)i
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mo>(</mo><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mi>i</mi><mo>)</mo>
    <mo>+</mo>
    <mo>(</mo><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>d</mi><mi>i</mi><mo>)</mo>
    <mo>=</mo>
    <mo>(</mo><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>c</mi><mo>)</mo>
    <mo>+</mo>
    <mo>(</mo><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>d</mi><mo>)</mo><mi>i</mi>
  </mrow>
</math>
(a+bi) + (c+di) = (a+c) + (b+d)i
ComplexExpand[(a + b I) + (c + d I)]
evalc((a + b*I) + (c + d*I));
z = (a + b*1i) + (c + d*1i);
(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i
複數的乘法與 \(i^2 = -1\)
(a+bi)(c+di) = (ac−bd) + (ad+bc)i
(a+bi)(c+di) = (ac-bd) + (ad+bc)i
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mo>(</mo><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mi>i</mi><mo>)</mo>
    <mo>(</mo><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>d</mi><mi>i</mi><mo>)</mo>
    <mo>=</mo>
    <mo>(</mo><mi>a</mi><mi>c</mi><mo>&#x2212;</mo><mi>b</mi><mi>d</mi><mo>)</mo>
    <mo>+</mo>
    <mo>(</mo><mi>a</mi><mi>d</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mi>c</mi><mo>)</mo><mi>i</mi>
  </mrow>
</math>
(a+bi)(c+di) = (ac-bd) + (ad+bc)i
ComplexExpand[(a + b I) (c + d I)]
evalc((a + b*I) * (c + d*I));
z = (a + b*1i) * (c + d*1i);
(a+bi)(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i
複數的除法與分母實數化
(a+bi)/(c+di) = (ac+bd)/(c²+d²) + {(bc−ad)/(c²+d²)}i
\frac{a+bi}{c+di} = \frac{ac+bd}{c^{2}+d^{2}} + \frac{bc-ad}{c^{2}+d^{2}}\,i
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mfrac>
      <mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mi>i</mi></mrow>
      <mrow><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>d</mi><mi>i</mi></mrow>
    </mfrac>
    <mo>=</mo>
    <mfrac>
      <mrow><mi>a</mi><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mi>d</mi></mrow>
      <mrow><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow>
    </mfrac>
    <mo>+</mo>
    <mfrac>
      <mrow><mi>b</mi><mi>c</mi><mo>&#x2212;</mo><mi>a</mi><mi>d</mi></mrow>
      <mrow><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow>
    </mfrac>
    <mi>i</mi>
  </mrow>
</math>
(a+bi)/(c+di) = (ac+bd)/(c^2+d^2) + ((bc-ad)/(c^2+d^2))i
ComplexExpand[(a + b I)/(c + d I)]
evalc((a + b*I) / (c + d*I));
z = (a + b*1i) / (c + d*1i);
(a+bi)/(c+di)=(ac+bd)/(c^2+d^2)+((bc-ad)/(c^2+d^2))i
複數的絕對值 \(|z|\)
|a+bi| = √(a²+b²)
\lvert a+bi \rvert = \sqrt{a^{2}+b^{2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mo>|</mo><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mi>i</mi><mo>|</mo>
    <mo>=</mo>
    <msqrt>
      <mrow><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup></mrow>
    </msqrt>
  </mrow>
</math>
|a+bi| = sqrt(a^2+b^2)
ComplexExpand[Abs[a + b I]]
abs(a + b*I);
r = abs(a + b*1i);
|a+bi| = √(a^2+b^2)

請 ChatGPT  幫忙計算的方法

你是數學(複數)的計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行下面的計算,並只以執行結果的數值作為回答的根據(不要用心算或推測回答)。

對於兩個複數 z1 = 1 + 2i、z2 = 3 + 4i,請分別列出下列內容:
1. 和 z1 + z2、差 z1 − z2、積 z1 × z2(以 a+bi 形式表示)
2. 商 z1 ÷ z2(以約分好的分數的 a+bi 形式表示,並附分母實數化的計算過程)
3. 商的共軛複數與絕對值(絕對值同時以化簡根號的精確值和小數表示)

請在 Python 中使用標準函式庫的 fractions 模組精確計算實部和虛部,並列出計算用的公式和執行結果的數值。

使用方法
  1. 1
    輸入數值
    在輸入欄中輸入要計算的數值
  2. 2
    計算
    按下「計算」按鈕
  3. 3
    查看結果
    計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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