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输入计算

数学公式

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结果

直角坐标形式 a + bi
0 + 8 i
(r(cosθ+i·sinθ))ⁿ 的结果
新的模 rⁿ 8
新的辐角 nθ 90
实部 (a) 0
虚部 (b) 8

什么是棣莫弗定理?

棣莫弗定理(De Moivre's Theorem)是复数理论中一个非常实用的恒等式,它让你无需反复相乘,就能对极坐标形式的复数求任意次幂。如果一个复数的模为 \(r\)、辐角为 \(\theta\),那么将它求 \(n\) 次幂时,只需把模变为 \(r^n\),并将辐角乘以 \(n\) 即可。本计算器会瞬间完成这一运算,并把结果换算回我们熟悉的直角坐标形式 \(a + bi\)。

复数在复平面上表示为一个点,标有模 r 和辐角 theta
极坐标形式的复数:模 r 与辐角 θ。

如何使用本计算器

依次输入模 r(即到原点的距离)、辐角 θ(即幅角)、幂次 n,并选择辐角采用角度(度)还是弧度。工具会返回新的模 \(r^n\)、新的辐角 \(n\theta\),以及结果的实部和虚部。

公式解析

定理表述为:$$\left(r(\cos\theta + i\cdot\sin\theta)\right)^{n} = r^{n}\left(\cos(n\theta) + i\cdot\sin(n\theta)\right)$$即把模求 \(n\) 次幂,把辐角乘以 \(n\)。换算成直角坐标形式后,得到 \(a = r^{n}\cdot\cos(n\theta)\),\(b = r^{n}\cdot\sin(n\theta)\)。

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展示模的 n 次幂和辐角乘以 n 的图示
n 次幂:模变为 rⁿ,辐角变为 nθ。

实例演示

以 \(\left(2(\cos 30° + i\cdot\sin 30°)\right)^{3}\) 为例。新的模为 \(2^3 = 8\),新的辐角为 \(3 \times 30° = 90°\)。因此结果为 $$8(\cos 90° + i\cdot\sin 90°) = 8(0 + i\cdot 1) = 0 + 8i$$

常见问题

n 必须是整数吗?当 \(n\) 为整数时,棣莫弗定理严格成立。若 \(n\) 为非整数,则只能得到一个有效的根,而一般来说复数会有多个根。

该用角度还是弧度?两者皆可,只要选对对应的单位即可。输出的辐角会采用你所选的相同单位。

如果 r 是负数会怎样?模通常是非负的;若输入负的 \(r\),工具会按字面意义代入 \(r^n\) 进行计算,对于非整数 \(n\) 可能会出现意料之外的正负号。

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