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数学の教科書《フーリエ変換の理解を目的とした関数解析入門》  作者: リョーシリキガク


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複素数平面とオイラーの公式

◆ 複素数平面とは?


普通の数(実数)は1本の数直線に表せますが、複素数(a + bi)は「実部」と「虚部」の2つを持ちます。

•たとえば、3 + 2i という数は、

→ 横方向に「実部3」

→ 縦方向に「虚部2」

で表される 2次元の点になります。


これを図にすると、「横軸=実数」「縦軸=虚数」の座標のようになります。

これが 複素数平面(ガウス平面)です。



◆ オイラーの公式とは?


オイラーの公式


e^(ix) = cos(x) + i·sin(x)


この式の右辺は、複素数平面で xという角度を持つ1の長さの矢印ベクトルを意味します。

•cos(x) は横方向(実部)

•sin(x) は縦方向(虚部)


つまり e^(ix) という数は、単位円(半径1)上の点を表していて、角度が x の位置にあります。



◆ なんで便利?

•e^(iθ) を使うと、角度の情報をそのまま数として扱えるんです。

•実際、複素数を極形式(r·e^(iθ))で表すと、回転や振動を計算しやすくなる。


たとえば、波や信号、回転運動、電気回路、量子力学などでは、この表現が超強力です。

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