基礎:複數與複平面的幾何

共軛複數(complex conjugate)

z = x + i y 的共軛複數,是把虛部的符號翻轉所得到的數:z-bar = x - i y。從幾何上看,它是 z 對實軸(水平軸)的鏡像——軸上方的點會反射到下方同樣的距離處。所以共軛不過就是對 x 軸的反射,是複平面最簡單的對稱。

它的魔力在於把 z 乘以它自己的共軛時發生的事:z 乘以 z-bar = (x + i y)(x - i y) = x^2 - (i y)^2 = x^2 + y^2,一個實的非負數——其實正是 |z|^2,即離原點距離的平方。虛部總是抵消。共軛也與運算配合得很好:和的共軛是共軛的和,積的共軛是共軛的積。而你可以由 Re z = (z + z-bar)/2、Im z = (z - z-bar)/(2i) 把 z 的兩個部分還原出來。

共軛是把複化實的主力技巧。它正是你用來做複數除法的辦法(把分子分母同乘以分母的共軛,以清除底下的 i)。它也捕捉了實係數多項式的一個深刻事實:它們的根成共軛對出現,所以若 2 + 3i 是根,那麼 2 - 3i 也是。這份對稱貫穿了整個學科。

對 z = 3 + 4i 而言,共軛是 z-bar = 3 - 4i,而 z 乘以 z-bar = 9 + 16 = 25,所以 |z| = 5。

乘以共軛會清除 i,留下實數的平方長度 |z|^2。

共軛會翻轉輻角的符號(它是對實軸的反射),卻保持模不變:|z-bar| = |z|。它並不是一個全純運算——z-bar 正是那個通不過柯西-黎曼檢驗的原型函數,這也是它日後重要的原因。

又稱
z-barz*共軛