Κάθε μιγαδικός αριθμός μπορεί να γραφτεί μετη μορφή , όπου τακαι είναι πραγματικοί αριθμοίκαι λέγονται πραγματικό μέροςκαιφανταστικό μέροςτου μιγαδικού αριθμού, αντίστοιχα.
Για παράδειγμα, ο είναι ένας μιγαδικός, μεπραγματικό μέροςκαιφανταστικό μέρος.
Για τους μιγαδικούς αριθμούς ορίζονται οι πράξεις της πρόσθεσης, της αφαίρεσης, του πολλαπλασιασμού και της διαίρεσης, όπως και στους πραγματικούς αριθμούς[2]. Στην ορολογία των μαθηματικών, αυτό σημαίνει ότι το σύνολο των μιγαδικών είναι σώμα.
Η βασική διαφορά των μιγαδικών αριθμών με τους πραγματικούς είναι η ύπαρξη του στοιχείου iκαιτων πολλαπλασίων του, που όταν υψωθούν στο τετράγωνο δίνουν αρνητικούς πραγματικούς αριθμούς. Επιπλέον, στους μιγαδικούς δεν ορίζεται ηδιάταξη, δηλαδή δεν έχει έννοια να συγκρίνουμε δύο μιγαδικούς ώστε να πούμε ότι ένας μιγαδικός αριθμός είναι μεγαλύτερος ή μικρότερος από κάποιον άλλον μιγαδικό αριθμό
Οι μιγαδικοί αριθμοί επινοήθηκαν από τον Ιταλό μαθηματικόΤζερόλαμο Καρντάνο, ο οποίος τους χαρακτήριζε ως φανταστικούς, στην προσπάθειά τουναβρει αναλυτικές λύσεις σε κυβικές εξισώσεις[3]. Η διαδικασία επίλυσης τέτοιων εξισώσεων απαιτεί ενδιάμεσους υπολογισμούς, οι οποίοι μπορεί να περιλαμβάνουν τετραγωνικές ρίζες αρνητικών αριθμών, ακόμα κι όταν ηρίζα είναι πραγματικός αριθμός. Το γεγονός αυτό οδήγησε τελικά στοΘεμελιώδες Θεώρημα της Άλγεβρας, που δείχνει ότι στο σώμα των μιγαδικών αριθμών κάθε μη μηδενικό πολυώνυμο έχει τουλάχιστον μια ρίζα.[4]
Τοσύνολο όλων των μιγαδικών αριθμών συμβολίζεται συνήθως ως C, ή και ορίζεται ως εξής: [3]
Το σύνολο των μιγαδικών περιέχει επιπλέον όλους τους πραγματικούς αριθμούς, καθώς κάθε πραγματικός αριθμός μπορεί να γραφτεί ως ένας μιγαδικός με μηδενικό φανταστικό μέρος.
Αντο φανταστικό μέρος ενός μιγαδικού είναι ίσο μετομηδέν, τότε αυτός ο μιγαδικός ταυτίζεται μετον πραγματικό αριθμό .
Το πραγματικό μέρος ενός μιγαδικού συμβολίζεται με ενώ το φανταστικό μέρος με, δηλαδή ισχύει:
Δύο μιγαδικοί αριθμοί , είναι ίσοι μεταξύ τους ανκαι μόνο αντα πραγματικά τους μέρη καιτα φανταστικά τους μέρη είναι μεταξύ τους ίσα. Δηλαδή, αν.
Πράξεις μεταξύ μιγαδικών αριθμών, γίνονται με βάση τους γνωστούς κανόνες αντιμετάθεσης, προσεταιρισμού και επιμερισμού, της Άλγεβρας:
Πιο αυστηρά, οι μιγαδικοί αριθμοί ορίζονται ως το σώμα μεκαι
προσθετική πράξη
πολλαπλασιαστική πράξη
όπου + καιη κοινή πρόσθεση καιο κοινός πολλαπλασιασμός των πραγματικών.
Αποδεικνύεται εύκολα ότι το υποσύνολο του
είναι υπόσωματουκαι είναι ισόμορφο μετο. Με βάση αυτό, πολλές φορές συμβολίζουμε τομε, έτσι π.χ. συμβολίζουμε τοκτλ.
Το στοιχείο το συμβολίζουμε καιτο ονομάζουμε φανταστική μονάδα.
Το αυστηρά ορισμένο αυτό σώμα έχει όλες τις ιδιότητες που προαναφέρθηκαν για τους μιγαδικούς και αποφεύγει την "αντιδιαισθητική" αναφορά στο. Γιατο σώμα αυτό ισχύει:
όπου όμως τοδεν είναι ο πραγματικός αλλά ο εναλλακτικός συμβολισμός του μιγαδικού , κι έτσι δεν δημιουργείται πρόβλημα. Οι μιγαδικοί δηλαδή δεν είναι μια αυθαίρετη επίκληση στην ύπαρξη ριζών αρνητικών πραγματικών, αλλά ένα εντελώς διαφορετικό σώμα του οποίου τουλάχιστον ένα υπόσωμα είναι ισόμορφο με τους πραγματικούς.
Ένας μιγαδικός παριστάνεται καιμετοδιάνυσμαμε αρχή το κέντρο των αξόνων και πέρας το σημείο .
Κάθε μιγαδικός αριθμός μπορεί να αντιστοιχιστεί σε ένα σημείο ενός δισδιάστατου καρτεσιανού συστήματος συντεταγμένων. Κάθε τέτοιο σημείο λέγεται "εικόνα" του αντίστοιχου μιγαδικού αριθμού και συμβολίζεται με ή . Σε αυτή την περίπτωση, το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων λέγεται "μιγαδικό επίπεδο" (ή "διάγραμμα Argand").
Λόγω της παραπάνω αντιστοίχισης μιγαδικού με σημείο, κάθε μιγαδικός αριθμός μπορεί να αναπαρασταθεί στο μιγαδικό επίπεδο μετοδιάνυσμα, που έχει αρχή το κέντρο των αξόνων και τέλος το σημείο .
Τομέτροτου μιγαδικού αριθμού ορίζεται ως το μέτρο του διανύσματος ή, ισοδύναμα, ως ηαπόστασητου από το κέντρο του μιγαδικού επιπέδου:
Οσυζυγής ενός μιγαδικού αριθμού ορίζεται ως , και συμβολίζεται . Γεωμετρικά, ο αποτελεί τον κατοπτρισμό του ως προς τον άξονα των πραγματικών (βλ. σχήμα). Για ένα μιγαδικό αριθμό , τον συζυγή καιτο μέτρο του ισχύουν οι ακόλουθες σχέσεις:
Εκτός από τις καρτεσιανές συντεταγμένες του, ένας μιγαδικός μπορεί να γραφεί καιμεπολική ή τριγωνομετρική μορφή. Οιπολικές συντεταγμένες ενός μιγαδικού είναι το ζευγάρι , όπου , είναι τομέτροτου μιγαδικού και, τοπρωτεύον όρισματου.
Όρισμα ενός μιγαδικού είναι κάθε μία από τις γωνίες που σχηματίζει ο θετικός οριζόντιος ημιάξονας μετο αντίστοιχο διάνυσμα του. Πρωτεύον όρισμα είναι η γωνία εκείνη που βρίσκεται στο διάστημα , και συμβολίζεται με. Οπότε κάθε άλλο όρισμα του, διαφέρει κατά από το, όπου (ακέραιος).
Ισχύει ότι:
όπου:
καιτο όρισμα προσδιορίζεται με προσθετέο , δηλαδή ορίσματα που διαφέρουν κατά ένα ακέραιο πολλαπλάσιο του είναι ισοδύναμα.
Χρησιμοποιώντας τηνεξίσωση του Όιλερ, η τριγωνομετρική μορφή μετατρέπεται σε:
που λέγεται εκθετική μορφή.
Με βάση την εκθετική μορφή των μιγαδικών αριθμών, μπορούν να οριστούν ο πολλαπλασιασμός ή η διαίρεσή τους ως εξής:
και
Κατά αυτό τον τρόπο, η πρόσθεση μιγαδικών ταυτίζεται με πρόσθεση διανυσμάτων ενώ ο πολλαπλασιασμός μπορεί να θεωρηθεί ως μία στροφή (καιομοιοθεσία, δηλ. επιμήκυνση ή σμίκρυνση) διανύσματος. Ο πολλαπλασιασμός μετον φανταστικό αριθμό αντιστοιχεί σε μία στροφή (με φορά αντίθετη των δεικτών του ρολογιού). Η γεωμετρική επομένως σημασία της εξίσωσης , που ορίζει τη φανταστική μονάδα, είναι πως δύο διαδοχικές στροφές ταυτίζονται με μία στροφή .
Press, W.H.· Teukolsky, S.A.· Vetterling, W.T.· Flannery, B.P. (2007). «Section 5.5 Complex Arithmetic». Numerical Recipes: The art of scientific computing (3rd έκδοση). New York: Cambridge University Press. ISBN978-0-521-88068-8. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 13 Μαρτίου 2020. Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2023.
Nahin, Paul J. (1998). An Imaginary Tale: The Story of . Princeton University Press. ISBN978-0-691-02795-1. — A gentle introduction to the history of complex numbers and the beginnings of complex analysis.
Ebbinghaus, H. D.· Hermes, H.· Hirzebruch, F.· Koecher, M.· Mainzer, K.· Neukirch, J.· Prestel, A.· Remmert, R. (1991). Numbers (hardcover έκδοση). Springer. ISBN978-0-387-97497-2. — An advanced perspective on the historical development of the concept of number.