基礎:複數與複平面的幾何

複數的輻角(argument)

如果說模 |z| 告訴你點 z 離原點多遠,那麼輻角告訴你它指向哪個方向。z 的輻角,記作 arg z,是從 0 到 z 那支箭頭與正實軸所夾的角(由正實軸逆時針量起)。距離 |z| 與方向 arg z 合在一起,便把 z 完全釘住——它們就是該點在複平面中的極座標。

你由 z = x + i y 計算它,靠的是認出 x = |z| cos(arg z) 與 y = |z| sin(arg z);這角度本質上是 arctan(y/x),但你「必須」看 (x, y) 落在哪一象限才能得到正確答案,因為單憑 arctan 無法區分譬如第一象限與第三象限。對 z = -1 - i,x 與 y 都是負的,所以該點在第三象限,arg z 約為 225 度(或 5 pi / 4),而非天真地取 arctan(1) 所給的 45 度。

這裡有個關鍵的誠實之處:輻角不是單一個數。加上一整圈(2 pi 弧度)會回到同一個點,所以若 theta 是 z 的一個輻角,那麼 theta + 2 pi、theta - 2 pi 等等也都是。因此 arg z 其實是一整族相差 2 pi 整數倍的角——它是「多值」的。這並不是該被廉價修補掉的缺陷;它正是日後分支切割、多值對數與黎曼曲面的種子。

對 z = -1 - i:|z| = sqrt(2),而該點在第三象限,所以 arg z = 5 pi / 4(再加上 2 pi 的任意整數倍)。天真地寫 arctan((-1)/(-1)) = arctan(1) = pi/4 會給出「錯誤」的象限。

永遠用 (x, y) 的象限來定輻角——單靠 arctan 是有歧義的。

arg 0 沒有定義:位於原點的點沒有方向。而且 arg z 只決定到可加上 2 pi 的整數倍——挑選一個特定值,正是主輻角所做的事。

又稱
arg zphaseamplitude幅角相位