基礎:複數與複平面的幾何

複平面(complex plane)

由於複數 z = x + i y 承載兩個各自獨立的實數,你無法把它畫在單一條線上——你需要一整張平面。複平面正是如此:取尋常的 xy 平面,把水平軸叫做實軸(普通實數住在那裡),把垂直軸叫做虛軸(i 的倍數住在那裡),那麼 z = x + i y 就只是坐落在向右 x、向上 y 處的那個點。這幅圖太有用了,因而有三個名字:阿岡圖、高斯平面,或就叫複平面。

把數畫成點,便解鎖了幾何。你也可以把 z 畫成一支從原點指向 (x, y) 的箭頭(向量);那麼複數加法就是首尾相接的向量加法,箭頭的長度是模 |z|,而它與正實軸所夾的角是輻角 arg z。代數事實頓時化為看得見的形狀:共軛是對實軸的反射,乘以 i 是逆時針轉四分之一圈,乘以一個正實數則拉伸箭頭。

代數與幾何的這場交融,正是複變分析跳動的心臟。z 的方程式描述你看得見的曲線與區域(一個圓、一個半平面、一條帶狀區),而函數則化為移動並重塑平面的映射。接下來幾乎每一條定理都有複平面讓你描繪的幾何意義。心中常存一幅平面的圖像,會帶你走得很遠。

方程式 |z| = 1 並非單一個點——它是所有離原點恰好距離 1 的 z 所成的集合,也就是單位圓。複平面讓你把 z 的方程式「看成」一個形狀。

對 z 的代數條件化為平面上看得見的曲線與區域。

複平面看起來就像數對 (x, y) 構成的平面 R^2,作為集合它確實如此。但複數帶有 R^2 所沒有的額外結構——一種乘法——正是這一個額外運算,使複變分析與單純的雙變數微積分截然不同。

又称
the Argand planethe Gaussian plane阿岡圖高斯平面