Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

В чем физический смысл комплексных чисел?

МатематикаПростыми словами
Простыми словами
  · 67,5 K
Редактор, автор и переводчик книг по математике  · 3 сент 2020  ·
problemaday

Поле комплексных чисел -- абстрактный объект, ему не присущ изначально физический смысл.

Чтобы разобраться, давайте сравним комплексные числа и действительные.

Действительные числа создавались не вдруг, а на протяжении долгого времени. Создавались они для описания физических объектов, для фиксации результатов измерений. Например, с помощью действительных чисел можно выражать длины или площади. Поэтому нам кажется, что у действительных чисел есть физический смысл. Математики постепенно дорабатывали эти числа, изучали их свойства, выделяли самые существенные, задавали аксиоматику: так со временем создали абстрактный объект под названием "поле действительных чисел". Это уже чисто математический объект, эти числа в математике не имеют физического смысла. Зато их стало можно применять для описания совсем абстрактных вещей, которые физически мы не измеряем. Например, вероятностей событий.

Комплексные числа создавали, работая не с физическими величинами, а с алгебраическими уравнениями -- целыми уравнениями второй и третьей степени, потом и выше. Поэтому комплексные числа изначально не были связаны с физическими объектами. Но у комплексных чисел оказалось много приятных свойств, их удобно применять в некоторых моделях для работы с физическими объектами.

Одно из самых первых применений -- преобразование Фурье. Фурье придумал раскладывать функцию в сумму бесконечного тригонометрического ряда для решения уравнения теплопроводности. Это дифференциальное уравнение, оно позволяет найти температуру физического тела в любой точке в зависимости от времени.

(Есть легенда, что во времена египетского похода Наполеона Фурье решал эту задачу с практической целью. Надо было найти глубину винного погреба в Египте, на которой поддерживается та же температура, как в обычных погребах Франции.)

Если мы копнем чуть глубже, то попадем на широчайшее поле для дебатов. Есть такая точка зрения, что мы вообще не можем воспринимать физическое непосредственно, а только через модели, пусть даже и неосознаваемые модели, созданные нашим мозгом. В такой парадигме чисто физического смысла не бывает, только модели придают физическому смысл. Есть и другие подходы, но в рамках я.q вопрос о смысле не решить :)

Незадача Кью. Решение задач по математикеПерейти на yandex.ru/q/loves/7b65a89f-f3fa-4aac-9d7b-824b66b44f01
1 эксперт согласен
за полтора века до Фурье Кардано пишет: "Если кто-нибудь потребует, чтобы разделить 10 на две части, которые при... Читать дальше
Математик, радиолюбитель, программист, сисадмин, энциклопедист.  · 4 сент 2020

В электротехнике мнимая часть числа соответствует реактивному току. Также мнимая часть числа позволяет работать со сосредоточенными нагрузками типа реактивность (емкость или индуктивность) плюс сопротивление. Импеданс антенны в общем случае хорошо отображается комплексным числом. Очень удобно при всяческих радиочастотных расчетах.

Именно, физический смысл комплексных чисел в описании мира электрических процессов.

Специалист ИТ с физмат образованием  · 4 сент 2020

Лучше чем Саватеев рассказал о комплексных сложно рассказать.

Главный смысл их необходимости - поле комплексных чисел алгебраически замкнуто, а поле вещественных нет. Что это значит смотри в ролике ;)

https://youtu.be/iu1jsy80axA

Фундаментальный вопрос рациональности: почему ты веришь в то, во что веришь?Перейти на hpmor.ru
младший научный сотрудник ФТИ им. Иоффе  · 3 сент 2020  ·
astropolytech
Нет у комплексных чисел физического смысла. Это математическая абстракция. Использование которой, тем не менее, приводит к важным математическим результатам, которые можно с успехом применять в вычислениях с действительными числами. Из простейших школьных примеров можно например привести следующее равенство e(ix) = cos x + i sin x благодаря ему, например, половину тригон... Читать далее
астрофизическое образованиеПерейти на vk.com/astropolytech
1 эксперт согласен
Andrei Novikov
подтверждает
25 мая 2021
Добавлю еще, что это привоит к важным следствиям для решения обыкновенных дифференциальных уравнений, в части... Читать дальше
Преподаватель технического университета, кандидат технических наук, проектировщик в...  · 24 мая 2021
В электротехнике комплексными числами описывают процессы, происходящие в цепях переменного тока. Действительное число - активная составляющая, мнимое - реактивная. Например, мощность электрической станции описывают полной мощностью с единицей измерения ВА. На самом деле электростанция выдаёт в сеть активную и реактивную мощности, которые и потребляются нагрузкой... Читать далее
Физик-экспериментатор  · 13 окт 2020
Физического смысла как такового у комплексных чисел нет. Однако многие физические явления ведут себя так, что их удобнее всего описывать с помощью комплексных чисел. Например, уравнение Шредингера в квантовой механике - это по сути уравнение диффузии. Но в отличие от обычного уравнения диффузии, уравнение Шредингера решают в комплексных числах. Другой пример - понятие... Читать далее
Первый
По образованию физик. В настоящее время пенсионер.  · 26 нояб 2020
Изначально, понятие числа появилось в связи с необходимостью обозначения результатов операции счета, то есть выяснения количества тех или иных предметов. Так возникло множество натуральных чисел N. В VII веке индийские математики дополнили это множество отрицательными числами, расширив его до множества целых чисел Z. Отрицательные числа были введены для обозначения... Читать далее
Учёный по призванию и химик по образованию. Люблю помогать находить истину и обсуждать...  · 7 сент 2020
Нам в универе препод объяснял это примерно так: Смотрите, что такое квадрат числа? Это площадь квадрата, построенного в 1й координатной четверти, стороны которого лежат на осях OX и OY. Отсюда корень квадратный - это обратная операция, которая возвращает длины сторон квадрата, лежащих на OX и OY. Однако, что будет, если построить такой же квадрат в другой координатной... Читать далее
Инженер электронной техники, программист.  · 23 нояб 2020
Есть. Это вектор, определяемый суммой векторов реактивной (мнимой) составляющей и активной (вещественной) составляющей любого динамического периодического процесса. По сути это просто разложенный вращающийся вектор на две составляющие и к нему применимы все операции обычных скользящих векторов. Например, полная мощность нагрузки P=jS+R где S- реактивная мощность, R-... Читать далее
Например, полная мощность нагрузки P=jS+R где S- реактивная мощность, R- активная мощность. - Вы сложили мощность... Читать дальше
Доктор дилетантских наук  · 3 сент 2020
Ни у каких чисел нет "физического смысла", это абстракции, математические объекты с некоторыми свойствами. Конечно, вспоминая Марь Иванну и первый класс, можно предположить, что "смысл" натуральных чисел это количество предметов. Но уже переходя к целым числам (вместе с отрицательными) такое сопоставление не работает. Про вещественные числа можно сказать, что это как бы... Читать далее
1 эксперт согласени1 эксперт не согласен
согласен что даже у вещественных чисел только отдельное подмножество "нужно в быту". Между любыми сколь угодно... Читать дальше