复数运算法则包括以下几方面:
加法
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是任意两个复数,它们的和为:
$$
z_1 + z_2 = (a + c) + (b + d)i
$$
加法满足交换律和结合律,即:
$$
z_1 + z_2 = z_2 + z_1 \quad \text{和} \quad (z_1 + z_2) + z_3 = z_1 + (z_2 + z_3)
$$
减法
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是任意两个复数,它们的差为:
$$
z_1 - z_2 = (a - c) + (b - d)i
$$
乘法
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是任意两个复数,它们的积为:
$$
z_1 \cdot z_2 = (ac - bd) + (ad + bc)i
$$
除法
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是任意两个复数($c \neq 0$),它们的商为:
$$
\frac{z_1}{z_2} = \frac{a + bi}{c + di} \cdot \frac{c - di}{c - di} = \frac{(ac + bd) + (bc - ad)i}{c^2 + d^2}
$$
乘方
若 $z = r(\cos \theta + i \sin \theta)$,则 $z$ 的 $n$ 次幂为:
$$
z^n = r^n (\cos n\theta + i \sin n\theta)
$$
欧拉公式
复数作为幂和对数的底数、指数、真数时,其运算规则可由欧拉公式 $e^{i\theta} = \cos \theta + i \sin \theta$ 推导而得。
这些法则和性质构成了复数运算的基础,使得复数在数学、物理和工程等领域中具有广泛的应用。