複數除法(以分母有理化)(division by rationalizing)
把一個複數除以另一個複數,乍看頗為彆扭——分母裡放一個 i 是什麼意思?訣竅與你在實數分數中清除根號的辦法相同:把分子分母同乘以分母的共軛。因為一個分母乘以它自己的共軛總是實數(c + i d 乘以 c - i d = c^2 + d^2),這唯一的動作就把所有 i 推進分子,底下只剩一個純實數。
一步步來,要計算 (a + i b)/(c + i d):把分子分母同乘以 c - i d。底下變成 c^2 + d^2(只要分母非零,它就是實的且為正)。上面變成 (a + i b)(c - i d) = (ac + bd) + i (bc - ad)。於是答案是 (ac + bd)/(c^2 + d^2) + i (bc - ad)/(c^2 + d^2)——一個乾淨的 x + i y 形式,實部與虛部可直接讀出。小例子:1/(1 + i) = (1 - i)/((1 + i)(1 - i)) = (1 - i)/2 = 1/2 - (1/2)i。
這正是你構造任何非零複數之乘法逆元的辦法:1/z = z-bar / |z|^2。從幾何上看,取倒數會把模翻成 1/|z| 並把輻角反向。除法是四則運算的最後一個,一旦有了它,複數就是一個完整的數系——你能計算 z 的任何有理式,而永遠不必離開這個平面。
(3 + 2i)/(1 - i):乘以 (1 + i)/(1 + i)。上面:(3 + 2i)(1 + i) = 3 + 3i + 2i + 2i^2 = 1 + 5i。下面:(1 - i)(1 + i) = 2。答案:1/2 + (5/2)i。
把分子分母同乘以分母的共軛;分母變成實數,i 都升到分子去。
除以零仍然禁止:1/0 沒有定義。你唯一不能拿來當除數的點是 z = 0,而要「修補」這一點,正是無窮遠點與黎曼球面的動機所在。