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纯虚数(大家都知道复数，但你知道复数是如何被发现的吗？)

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

在人类文明发展历史上，“数的意识”出现具有里程碑的意义。原始人类在与大自然进行斗争的过程中，渐渐明白“有”和“无”、“大”和“小”、多少等等最基本数的概念。一旦原始人类掌握这些“数”，学会运用这些基本“数”的概念来解决生活当中的问题，就宣告人类开始脱离愚昧。

最初“数”的形成从自然数开始，随着人类社会不断发展，简单的自然数已经无法满足人类生活生产的需求，出现了整数、分数、负数等等。“数”的系统也从简单的自然数集扩大到有理数集、实数集、复数集等等。

我们都知道，在实数范围内，负数是没有平方根的，这样我们在解一些方程时候就会显得“无能为力”。进入高中后，把实数集扩大到复数集，负数可以有平方根，相应问题才得以解决。

什么是复数？

我们把形如a bi（a,b均为实数）的数称为复数，其中a称为实部，b称为虚部，i称为虚数单位。当b=0时，就是实数；当b≠0时叫虚数，当a=0，b≠0时，叫做纯虚数。从集合论角度来说，复数域是实数域的代数闭包，也即任何复系数多项式在复数域中总有根。

从这里我们可以看出，从实数集扩大到复数集，最大功劳归于“虚数”的出现，就像当年无理数的出现，促成实数集的完整。不过不管无理数的出现还是虚数的出现，一开始都不被世人所接受，甚至遭到排挤，幸好无理数并非“无理”，虚数并非“虚无缥缈”，经得起时间和空间的考验。

那么在历史上是如何引进虚数？是哪些伟大数学家把实数集扩充到复数集？今天我们就要一起来简单了解一下。

在公元1世纪时期，希腊数学家海伦在解决平顶金字塔不可能问题时候，简单提到了复数方根，这是先有可以考查到最早复数有关的文献记载。

在1545年，意大利米兰学者卡尔达诺在《重要的艺术》一书中，公布了一元三次方程的一般解法，被后人称之为“卡当公式”。卡尔达诺是第一个把负数的平方根写到公式中的数学家，并且在讨论是否可能把10分成两部分，使它们的乘积等于40时，他把答案写成：

尽管他认为和这两个表示式是没有意义的、想象的、虚无飘渺的，但他还是把10分成了两部分，并使它们的乘积等于40。

在1637年，法国数学家笛卡尔在《几何学》中使“虚的数”与“实的数”相对应，这是人类历史上第一次提出“虚数”这一名称，由此虚数开始流传起来。

不过，虽然笛卡尔提出虚数这一概念，一些数学家也开始接受虚数，但对于数学界来说还是新事物，加上当时没有成熟知识系统，因此也引起了数学界的一片困惑，很多大数学家都不承认虚数。

在1702年，德国数学家莱布尼茨就曾说到：虚数是神灵遁迹的精微而奇异的隐避所，它大概是存在和虚妄两界中的两栖物。

瑞士数学家欧拉早期也评价道；虚数是想象的数，因为它们所表示的是负数的平方根。对于这类数，我们只能断言，它们既不是什么都不是，也不比什么都不是多些什么，更不比什么都不是少些什么，它们纯属虚幻。

笛卡尔

欧拉之所以能成为伟大的数学家，也在于他能不断发现问题，不断解决问题，不断进步。在1777年年，欧拉在《微分公式》一文中第一次用i来表示-1的平方根，首创了用符号i作为虚数的单位。


在1722年，法国数学家棣莫弗发现了著名的棣莫佛定理。指的是设两个复数（用三角函数形式表示）Z1=r1(cosθ1 isinθ1），Z2=r2(cosθ2 isinθ2），则：Z1Z2=r1r2[cos（θ1 θ2） isin（θ1 θ2）]。

棣莫弗定理与瑞士数学家欧拉提出的欧拉公式之间有重要联系。

在1747年，法国数学家达朗贝尔指出，如果按照多项式的四则运算规则对虚数进行运算，那么它的结果总是a bi的形式（a、b都是实数）。

在1797年，挪威测量学家韦塞尔试图给于这种虚数以直观的几何解释，并首先发表其作法，但在当时没有得到学术界的重视。

欧拉

直到18世纪末期，复数这一概念才慢慢被世人所接受。


在1799年，挪威-丹麦卡斯帕尔·韦塞尔的文章发表的《Proceedings of the Copenhagen Academy》上，当时卡斯帕尔·韦塞尔提出复数可看作平面上的一点，同时他又考虑球体，得出四元数并以此提出完备的球面三角学理论。以当今复数的标准来看，卡斯帕尔·韦塞尔的理论也是相当清楚和完备。

在1806年，德国数学家高斯公布了虚数的图象表示法，即所有实数能用一条数轴表示，同样，虚数也能用一个平面上的点来表示。

在直角坐标系中，横轴上取对应实数a的点A，纵轴上取对应实数b的点B，并过这两点引平行于坐标轴的直线，它们的交点C就表示复数a＋bi。象这样，由各点都对应复数的平面叫做“复平面”，后来又称“高斯平面”。

在1831年，高斯认为复数不够普及，用实数组代表复数，并建立了复数的某些运算，使得复数的某些运算也象实数一样地“代数化”。

在1832年，高斯发表了一篇备忘录，第一次提出了“复数”这个名词。同时高斯把卡斯帕尔·韦塞尔观点再次提出并大力推广，如将表示平面上同一点的两种不同方法：直角坐标法和极坐标法加以综合。统一于表示同一复数的代数式和三角式两种形式中，并把数轴上的点与实数一一对应，扩展为平面上的点与复数一一对应。高斯不仅把复数看作平面上的点，而且还看作是一种向量，并利用复数与向量之间一一对应的关系，阐述了复数的几何加法与乘法。至此，复数的研究开始高速发展，复数理论才比较完整和系统地建立起来，更奠定复数在数学的地位。

高斯

任何一门数学分支的发展和进步，就是一个简单知识点的形成，靠的不仅仅是几个数学家努力才有今天的成果，还有很多数学家默默的付出和奉献其一生。如复数吸引了包括德国数学家库默尔、德国克罗内克、英国数学家德·摩根等等在内许多著名数学家的注意。其中，莫比乌斯发表了大量有关复数几何的短文，约翰·彼得·狄利克雷将很多实数概念，例如素数，推广至复数，特别是经过柯西及阿贝尔的努力，扫除了复数使用的最后顾忌。


前后长达几百年的发展，经过许多数学家长期不懈的努力，深刻探讨并发展了复数理论，从人们怀疑虚数，到接受虚数，并证明它并不是靠个人主观意志想象出来的，而是真实存在的数。

早期数的出现，有理数出现，等等都是伴随人类与大自然作斗争，人类的生产生活实践而产生的。之后无理数的出现，让数学产生第一次危机，同时也让数学取得重大发展。

无理数与有理数相对，实数与虚数相对。实数有多重要，不管数学成绩有多差，相信你多多少少总有一些了解。那么复数有哪些重要作用？或许很多人就不太清楚。

虚数的出现，使实数集扩充到复数集领域，实数域扩大到复数域，这直接促进数学本身的发展，对整个数学发展来说都具有重要的意义。随着现代科学技术的不断进步，数学家和科学家发展复数相关理论对其他学科发展有着重要意义，如为证明机翼上升力的基本定理起到了重要作用；在为解决堤坝渗水的问题起到关键性作用；复数理论为建立巨大水电站提供了重要的理论依据等等。

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