复数的模的性质可以从定义和几何意义两个方面进行推导。
定义推导
复数模的定义
复数 $z = a + bi$ 的模定义为 $z$ 到原点的距离,记作 $|z|$。
根据勾股定理,这个距离可以表示为 $|z| = \sqrt{a^2 + b^2}$。
几何意义推导
复数模的几何意义
在复平面上,复数 $z = a + bi$ 对应的点是 $(a, b)$。
该点到原点的距离 $|z| = \sqrt{a^2 + b^2}$,这恰好是点 $(a, b)$ 到原点 $(0, 0)$ 的欧几里得距离。
运算性质推导
复数乘积的模
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是两个复数。
它们的乘积为 $z_1 \times z_2 = (a + bi) \times (c + di) = (ac - bd) + (ad + bc)i$。
根据复数模的定义,乘积的模为:
$$
|z_1 \times z_2| = \sqrt{(ac - bd)^2 + (ad + bc)^2}
$$
进一步化简,利用平方和公式:
$$
|z_1 \times z_2| = \sqrt{(a^2 + b^2)(c^2 + d^2)} = |z_1| \times |z_2|
$$
因此,复数乘积的模等于它们模的乘积。
复数商的模
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是两个复数,且 $z_2 \neq 0$。
它们的商为 $\frac{z_1}{z_2} = \frac{a + bi}{c + di}$。
根据复数除法的定义,商可以表示为:
$$
\frac{z_1}{z_2} = \frac{(a + bi)(c - di)}{(c + di)(c - di)} = \frac{(ac + bd) + (bc - ad)i}{c^2 + d^2}
$$
商的模为:
$$
\left| \frac{z_1}{z_2} \right| = \sqrt{\left( \frac{ac + bd}{c^2 + d^2} \right)^2 + \left( \frac{bc - ad}{c^2 + d^2} \right)^2} = \frac{|z_1|}{|z_2|}
$$
因此,复数商的模等于它们模的商。
其他性质
复数加减法的模
设 $z_1 = a + bi$ 和 $z_2 = c + di$ 是两个复数。
它们的和为 $z_1 + z_2 = (a + c) + (b + d)i$,差为 $z_1 - z_2 = (a - c) + (b - d)i$。
根据复数模的三角不等式,有:
$$
|z_1 - z_2| \leq |z_1| + |z_2|
$$
$$
|z_1 + z_2| \geq ||z_1| - |z_2||
$$
这些性质可以通过几何意义直观理解,因为它们反映了复平面上两点间距离的关系。
综上所述,复数的模具有以下性质:
1. 复数乘积的模等于它们模的乘积。
2. 复数商的模等于它们模的商。
3. 复数加减法的模满足三角不等式。
这些性质在复数运算和复平面几何中有重要应用。