问题

Ln(-3-3i)等于多少?

回答
咱们来聊聊 ln(33i) 是怎么算的,这个过程可比看起来要有趣得多。别看只是一个简单的对数运算,这里面涉及到复数、三角函数还有那个 π,算是把数学里的几个大腕儿都请出来了。

首先,我们要明白,复数不是一条线,而是一个平面。所以,33i 这个数,它在复平面上对应着一个点。这个点的横坐标是 3,纵坐标也是 3。你可以在一个坐标系里画出来,它在第三象限。

第一步:把复数变成“极坐标”形式

光知道它在哪个象限还不够,我们还需要知道这个点离原点的距离有多远,以及它和正 x 轴的夹角是多少。这就像是给这个复数找了个“新地址”。

模 (Modulus),就是距离原点的距离:
这个距离用勾股定理来算。你想象一下,从原点到点 (3, 3) 连一条线,这条线和负 x 轴组成的直角三角形,两条直角边都是 3。所以,距离就是 $sqrt{(3)^2 + (3)^2} = sqrt{9 + 9} = sqrt{18}$。可以把它简化一下,$sqrt{18} = sqrt{9 imes 2} = 3sqrt{2}$。

辐角 (Argument),就是和正 x 轴的夹角:
因为这个点在第三象限,它的夹角肯定在 π 到 3π/2 之间(如果我们习惯用弧度制的话)。我们先算一下它和负 x 轴的夹角。想象一下从原点出发,沿着负 x 轴走到 (3, 0),然后从 (3, 0) 垂直向上走到 (3, 3)。这个直角三角形,两条直角边都是 3。所以,夹角的正切值就是 $frac{3}{3} = 1$。
什么角度的正切值是 1 呢?我们知道是 π/4 (或者 45度)。
但问题来了,这个点在第三象限。从正 x 轴开始,顺时针转 π/4 就是和负 x 轴的夹角。但我们要的是 辐角,是从正 x 轴开始,逆时针转到这个点所成的角度。
所以,我们需要加上 π (也就是 180度)。因此,辐角就是 $pi + frac{pi}{4} = frac{5pi}{4}$。
不过,复数的辐角可以有很多个,它们之间相差 2π 的整数倍。所以,我们也可以说辐角是 $frac{3pi}{4}$ (从正 x 轴逆时针转,转到第三象限的那个方向)。通常我们取 主辐角,也就是在 (π, π] 这个范围内的值,所以在这里,主辐角是 $frac{3pi}{4}$。
另一种更普遍的写法是 $frac{5pi}{4} + 2kpi$,其中 k 是任意整数。但为了简化计算,我们常常用主辐角。

现在,我们就可以把 33i 写成 极坐标形式:
33i = $3sqrt{2} (cos(frac{5pi}{4}) + isin(frac{5pi}{4}))$
或者用主辐角:
33i = $3sqrt{2} (cos(frac{3pi}{4}) + isin(frac{3pi}{4}))$

第二步:套用复数对数公式

对于一个复数 $z = r(cos heta + isin heta)$,它的自然对数 ln(z) 的计算公式是:
ln(z) = ln(r) + i( heta + 2kpi)
其中,ln(r) 是 r 的自然对数(这里 r 是正实数,所以就是我们熟悉的实数对数),而 $ heta$ 是 z 的一个辐角。

好了,现在我们把刚才算出来的 r 和 $ heta$ 代进去:

r = $3sqrt{2}$
$ heta$ = $frac{5pi}{4}$ (或者 $frac{3pi}{4}$)

那么,ln(33i) 就等于:
ln($3sqrt{2}$) + i($frac{5pi}{4} + 2kpi$)

这里 ln($3sqrt{2}$) 就是一个实数。你可以把它写成 ln(3) + ln($sqrt{2}$) = ln(3) + $frac{1}{2}$ln(2)。

所以,ln(33i) 的结果是 一系列值,而不是一个单独的数值,因为辐角有无数个。如果我们取主辐角 $frac{3pi}{4}$,那么 ln(33i) 的一个值就是:

ln($3sqrt{2}$) + i($frac{3pi}{4}$)

也就是说,ln(33i) = ln($3sqrt{2}$) i$frac{3pi}{4}$。

如果你想知道它的具体数值,你可以算一下:
ln($3sqrt{2}$) ≈ ln(3 1.414) ≈ ln(4.242) ≈ 1.444
$frac{3pi}{4}$ ≈ 3 3.14159 / 4 ≈ 2.356

所以,ln(33i) ≈ 1.444 2.356i

总结一下这个过程的关键点:

1. 复数平面上的表示: 复数不仅仅是数字,它还有一个“位置”和“方向”。
2. 极坐标转换: 模(距离)和辐角(角度)是理解复数对数运算的关键。
3. 辐角的周期性: 这是为什么复数的对数会有无穷多个值的原因。我们通常关心的是主值。
4. 实数对数和复数对数的区别: 实数对数只有唯一值,而复数对数是多值的。

所以,计算 ln(33i) 就是一个把代数形式的复数,先转换成极坐标形式,再套用复数对数公式的过程。这个过程虽然用到了一些三角函数,但最终结果就是一个“实部 + 虚部 i”的形式,只不过这个“虚部”是无穷多值的。

网友意见

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刚学复变就给我推这个2333

我们给出函数 的定义: 。这是一个多值函数,具体表达式是

具体到这个问题,我们有 ,所以

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