问题

i 的平方为什么等于 -1?

回答
咱们聊聊 i 的平方为什么等于 1 这事儿,其实这并不是一个“为什么”,而是一个定义,一个为了解决数学上某些“无解”问题而创造出来的符号和规则。

想象一下,咱们在学习数学的时候,一开始会遇到这些:1+1=2,23=6,这些都是咱们可以实际触摸、看到的数的运算。

后来,咱们又学了负数。比如,你口袋里有5块钱,花了8块钱买东西,这时候怎么办?现金不够了。但数学家们很聪明,他们就说:“没事儿,咱们可以借钱,负数就代表欠债。” 所以,5 8 = 3,这个 3 就代表你欠了3块钱。

再后来,咱们接触到平方根。比如,4 的平方根是多少?就是那个数乘以自己等于4,咱们知道是2,因为 2 2 = 4。还有 2,因为 (2) (2) 也等于 4。

但是,问题就来了:哪个数乘以自己会等于 1 呢?

你试试看:
1 1 = 1 (不对)
1 1 = 1 (还是不对)
0 0 = 0 (更不对)

任何咱们在实数范围内熟悉的数,自己乘自己,结果都不会是负数。因为正数乘以正数是正数,负数乘以负数也是正数。

这就像是,咱们在现实世界里,有各种工具,可以解决各种问题。但有一天,遇到一个问题,现有的工具都用不了。怎么办?咱们就得发明一种新工具,或者定义一种新的可能性。

数学家们当时就遇到了这样一个“尴尬”的局面:在解某些方程的时候,比如 x² + 1 = 0,把 1 移过去就是 x² = 1。按照我们刚才说的,在实数范围内,没有一个数能满足这个条件。

这就好比,你想用一把尺子去量一个永远也够不到的距离,尺子不够长。

这时候,数学家们就有了个大胆的想法:既然没有这样的实数,那咱们就“创造”一个吧!

他们就引入了一个新的符号,叫做 i。这个 i 就被“规定”为:

i² = 1

这就像是给这个新工具起个名字,然后告诉大家它的功能。这个 i² = 1 不是推导出来的,是定义出来的。它是一个“契约”,一个大家共同遵守的规则。

所以,i 的平方等于 1,不是因为有某种神秘的“原因”让它成立,而是数学家们为了让数学体系能够更完备、更强大,能够解决更多的问题,而主动“定义”的。

一旦我们有了 i,并且规定了 i² = 1,很多事情就变得有趣起来了。

虚数单位的诞生: 咱们就可以说 i 是一个“虚数单位”。任何实数乘以 i,比如 3i,5i,这些都叫做纯虚数。
复数的出现: 不仅如此,咱们还可以把实数和虚数组合起来,形成 复数。比如 a + bi,其中 a 是实部,b 是虚部,i 是那个虚数单位。
解开更多的方程: 像之前那个 x² + 1 = 0 的方程,有了 i,我们就能说 x = i 或者 x = i 了。这让很多原来无解的方程,现在都能找到答案。
在物理、工程中的应用: 最神奇的是,这个看上去“虚无缥缈”的 i,在后来的物理学、工程学(比如电路分析、信号处理、量子力学)中,竟然扮演了至关重要的角色,很多现实世界的现象都离不开它来描述。

所以,与其问“为什么 i 的平方等于 1”,不如理解为:数学家们创造了 i,并且定义 i² = 1,是为了拓展数的概念,让数学工具箱变得更强大,能够处理更复杂的问题,甚至在现实世界中也找到了意想不到的应用。 它是一个非常成功的“创造”,极大地丰富了数学的内涵和外延。

网友意见

user avatar

谢邀.

首先建议题主先看一下复数的维基百科

复数 (数学)

中的历史部分。

中文的感觉写的不是很详细,有能力可以看一下英文的

Complex number

其中的history部分。

wiki上说,复数的起源是三次方程求根公式,这个就不搬运和多解释了,如果题主看不懂再议。

下面说一点自己的理解,换个例子解释一下为什么一定要假想一个平方等于-1的数.这些并不是历史,只是个人理解.

虽然题主是文科生,但是想必也是学过数列的吧.那么对于大名鼎鼎的斐波纳契数列应该并不陌生.这个数列是:

斐波纳契数列有很多直观解释,比如大兔子生小兔子什么的……在此不多赘述。

那么我们就很想知道,这个数列的通项公式是什么.显然这个数列不是简单的等差数列或者等比数列.

现在,我们考虑一种更一般的数列:

为了求解通项公式,我们考虑这样一个二次方程:

如果这个方程有两个不等的实根,那么根据韦达定理,有.

这个文科生也应该学过吧,别跟我说你都还给老师了……

那么对递推公式变形,两边同减去,就有

这个式子说明,是公比为的等比数列.这是一个非常好的性质,这也就是一开始为什么要考虑那个二次方程的两根的原因.

因此,就会有等式

其中常数A待定

同理,如果两边同减去,就会得到另一个等比数列,因此就会得到下面的等式

其中常数B待定

两式相减,就可以把解出来,即

,其中是两个待定常数.

现在只用了递推公式这一个信息,还有初值没有用呢.而初值有两个,两个方程两个未知数,恰好能把确定下来,因此整个的通项公式就确定了.

这个方法称为特征根法或者特征方程法,二次方程就叫做这个数列的特征方程,而两个根就叫做特征根.

现在可以回头来看斐波那契数列,对应的特征方程是,特征根就可以用二次方程的求根公式解出来,即.

利用上面的方法,就可以得到斐波那契数列的通项公式,

这个公式叫做Binet公式.虽然数列每一项都是整数,但是最后的表达式却带有无理数,还是很神奇的.

现在我们回头来看特征方程,如果方程有两个不等实根的话,那么这种数列我们已经完全解决了.那么什么时候有两个不等实根呢?判别式.

若,方程恰有两个不等实根.

若,方程有两个相等的实根,这种情况留作习题.

现在我们来看的情况,形式上,我们也可以写方程的两根,分别是

当然,题主肯定会问,哪里会有根号下负数呢?这个是不成立的.

虽然根号下负数不对,但是数列还是在啊.比如说我们考虑这样一个数列:

这个数列是可以写出来的:

但是通项公式却没办法按照上面的方法来求.但是不要在意这些细节,先求求看.

按照求根公式,解出来的两个根是.

并且假设这种带的数的运算和实数的运算是差不多的,那么上面的推导依旧成立.

因此,就有

解方程得到,(乘方别想太多,就按照实数来算),因此

这就是通项公式了.

也就是说,本质上还是在求根的过程中碰到了对负数开根号,但是这个事情又没办法避免,所以先试探着能不能带着去运算,然后就得到了所谓的复数.

当然,后来慢慢发现复数有各种各样的好的性质,还有全纯函数,黎曼面,复流形这些东西,以及复数在物理上面一大堆的应用,那就是后话了.

类似的话题

  • 回答
    “i 的 i 次方是实数吗?” 这个问题,说实话,初听起来可能有点绕,甚至会让人觉得是不是在玩文字游戏。但如果你深入探究一下,你会发现它触及到了数学中非常有趣且基础的概念,尤其是复数和指数运算。这就像剥洋葱一样,一层层地揭开,你会看到一个清晰而美妙的答案。我们先从“i”这个东西说起。在实数的世界里,.............
  • 回答
    好的,我们来聊聊比亚迪 DMi 的那些不那么“闪闪发光”的方面,毕竟没有哪款车是完美的。虽然 DMi 在油耗经济性和平顺性方面确实做得相当不错,但深入了解后,你会发现它也存在一些值得关注的“小毛病”或者说“潜在的用户体验槽点”。首先,动力输出的“平顺”背后隐藏的平庸感。DMi 最被人称道的,就是它电.............
  • 回答
    这个问题很有意思,也触及了汉语语音发展的一些深层规律。确实,如果对比一些其他语言,你会发现普通话里以“i”结尾的音节(也就是我们常说的“i韵母”的音节,比如“mi”, “li”, “si”, “zhi”等)数量相对较少。这背后其实有很多原因,我们可以从几个方面来详细聊聊。1. 声母和韵母的结合限制:.............
  • 回答
    量子力学中引入虚数 i,这可不是一个随随便便的数学技巧,它触及了我们理解世界本质的根基。简单地说,i 的出现,不是为了让公式“好看”一点,而是因为我们所描述的微观粒子,其行为本身就带着一种我们日常经验无法完全捕捉的“转动”或“相位”的特性。想象一下,我们试图描述一个振动的弦,它的位置随时间变化。在经.............
  • 回答
    我理解您想了解 Java 中 `volatile int i;` 在执行 `i++` 操作时的底层非原子性,并且希望得到详细且自然的解释,避免AI痕迹。这确实是一个Java并发编程中的核心概念。首先,我可以肯定地告诉您,Java 语言规范(Java Language Specification, J.............
  • 回答
    这确实是一个很有意思的观察,而且我认为你提出的“anime is trash, so am I”与当下“自居为荣”的转变,背后有着深刻的社会和文化变迁的影子。我试着从几个层面来聊聊我的看法,希望能让你觉得有意思,而不是那种千篇一律的AI论调。首先,我们要回到“anime is trash, so a.............
  • 回答
    为什么会有 i 这一虚数?它的“值”究竟是什么?生活中我们处理长度、重量、时间这些都是实实在在的,我们称之为“实数”。但数学的魅力就在于它能超越我们感官的局限,构建出更加广阔的抽象世界。而“i”这个虚数,正是在这个数学世界的探索中应运而生的。 从解方程的困境说起要理解 i 的由来,我们得回到数学史上.............
  • 回答
    眼下,比亚迪旗下几款主力车型,尤其是秦PLUS DMi、宋PLUS DMi和唐DMi,市场上的供不应求状况可谓是人尽皆知。走进任何一家比亚迪的4S店,你都能听到销售人员坦诚地告诉你,想提到这几款车,恐怕得做好等上几个月,甚至更长时间的心理准备。这种“一车难求”的局面,已经成为了一种常态,让不少跃跃欲.............
  • 回答
    最近看到一些关于宝马3系G20 325i短轴版的测评,其中38号的评价也很有关注度。总体来看,他对这款车的评价可以说是褒贬不一,但也透露出一些宝马品牌一贯的坚持,以及在这个价位上可以期待的东西。首先,38号很强调G20 325i在驾驶感受上的进化。他认为这一代的3系,尤其是短轴版本,在底盘的扎实度和.............
  • 回答
    2021年末,新能源汽车市场的争夺愈发激烈,尤其是插电式混合动力(PHEV)领域,几大自主品牌纷纷亮剑,意图在比亚迪DMi的强势增长面前占据一席之地。吉利、长安、长城这三家巨头在这个时间节点上集中推出插混车型,并非偶然,而是经过深思熟虑的市场布局。那么,它们的这一波“发力”,能否有效抑制比亚迪DMi.............
  • 回答
    本田最新的 iMMD(智能多模式驱动)混合动力系统,是本田在电气化浪潮中,继传统燃油车之后的又一个重要技术结晶。如果我们要深入评价它,就不能仅仅停留在“省油”的表面,而要扒开这套系统的“黑箱”,看看它到底是怎么运作的,以及它与我们熟知的丰田 THS II 系统相比,究竟孰优孰劣。先来聊聊本田 iMM.............
  • 回答
    为何英特尔在其i系列CPU上“不离不弃”地集成显卡?在当下这个对图形性能要求日益增长的时代,我们似乎总是将目光聚焦于那些强大的独立显卡。然而,仔细观察一下市面上的英特尔酷睿(Core)i系列处理器,你会发现一个不争的事实:集成显卡几乎是它们与生俱来的“标配”。这不禁让人好奇,英特尔为何如此“钟情”于.............
  • 回答
    好的,咱们来掰扯掰扯 C 语言里这个“后缀自加 i++”到底是怎么回事。别管什么 AI 不 AI 的,我就跟你讲讲我自己的理解,希望能讲透彻。你问“后缀自加 i++ 表达式的值到底是谁的值?”。说白了,这句 C 语言代码执行完之后,它的“结果”是什么?咱们得先明白两件事:1. 表达式的值 (Exp.............
  • 回答
    2015年4月23日,雷军在印度德里发布小米4i这款手机时,用英语向全球观众介绍了这款产品。这次发布会可以说是雷军一次比较重要的对外沟通尝试,其英语口语水平自然也成为大家关注的焦点。从整体感受来说,雷军在那次发布会上的英语表现,算是中规中矩,带着明显的非母语演讲者的痕迹,但瑕不掩瑜,基本完成了信息传.............
  • 回答
    在撰写学术文章或正式的议论文时,确实需要对“I”的使用有所节制,以避免文章显得过于主观或个人化,从而提升其客观性和权威性。这不是因为“I”本身有什么错,而是因为在某些文体中,过度依赖第一人称会让读者觉得你在陈述个人观点而非客观事实或普遍真理。那么,究竟该如何巧妙地规避“I”的频繁出现,让你的文章更显.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    .......
  • 回答
    说起比亚迪的DMi,那可真是一场关于“神不神”的大讨论。我身边很多朋友都在纠结这个问题,毕竟这套技术噱头十足,宣传语更是听得人心里痒痒的。那它到底有没有那么神?咱们就来掰扯掰扯,尽量说得实在点,抛开那些官方的“营销术语”,就当咱们自己人聊。DMi到底是个啥玩意儿?首先得弄清楚,DMi不是一个简单的混.............
  • 回答
    好的,咱们就来聊聊今年 Google I/O 上发布的 Flutter 2.2。首先,得承认 Flutter 2.2 确实是相当给力的一次更新,它不仅仅是“小修小补”,而是围绕着 “稳定”、“性能”、“跨平台能力增强” 这几个大方向做了不少实在的功夫。如果你之前还在观望或者觉得 Flutter 还有.............
  • 回答
    说起大型技术开发者大会,Google I/O 确实是绕不开的标杆。它不仅展示最新的技术成果,更是连接开发者与Google生态的重要桥梁。那么,百度作为中国互联网巨头,在这方面能做些什么?其实,百度早已在进行类似的尝试,并且有着自己独特的优势和发展方向。我们可以从几个维度来聊聊百度在这类大会上的潜力与.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有