什麼是極式轉換計算機?
這個工具可以把以直角座標(卡氏座標)表示的複數 \(a + bi\),轉換成極式。極式用的是同一個複數的兩項資訊:它與原點之間的距離(模長 \(r\)),以及它與正實軸所夾的角度(輻角 \(\theta\))。寫法為 \(r(\cos\theta + i\cdot\sin\theta)\),或可簡寫成 \(r\angle\theta\)。
使用方法
輸入複數的實部 a 與虛部 b,就能直接讀出模長與輻角。輻角會同時以徑度(radian)和角度(degree)呈現,你可以依照題目需求挑選適合的單位。
公式解析
模長直接由畢氏定理求得:$$r = \sqrt{a^{2} + b^{2}}$$也就是兩股分別為 \(a\) 與 \(b\) 的直角三角形斜邊長。輻角則使用雙參數反正切函數 $$\theta = \operatorname{atan2}(b, a)$$它會同時考量 \(a\) 與 \(b\) 的正負號,因此能在完整的 \((-\pi, \pi]\) 範圍內回傳正確的角度,避免一般 \(\arctan(b/a)\) 無法判斷象限的問題。
範例演算
以複數 \(3 + 4i\) 為例。模長為 $$r = \sqrt{3^{2} + 4^{2}} = \sqrt{25} = 5$$輻角為 $$\theta = \operatorname{atan2}(4, 3) \approx 0.9273 \text{ 徑度} \approx 53.13°$$因此 \(3 + 4i = 5(\cos 53.13° + i\cdot\sin 53.13°)\)。
常見問題
為什麼要用 atan2,而不是 arctan?一般的 arctan 會遺失正負號資訊,無法判斷該點落在哪個象限。\(\operatorname{atan2}(b, a)\) 同時使用兩個輸入值,能回傳真正的角度。
輻角的範圍是多少?徑度形式落在 \((-\pi, \pi]\),相當於 \((-180°, 180°]\)。若你偏好以正角表示,可以再加上 360°(或 \(2\pi\))。
如果 a 和 b 都是 0 呢?此時模長為 0,輻角則沒有定義(依慣例回傳 0)。