将数列bn在复数平面上以点来表示,就会出现这样的图。
,,,,,,,,……
[插图:平面直角坐标系,描出四点,,,]
「啊,原来如此。就会在菱形……应该说是正方形的姐姐间移动啊。」我一边说一边在圆上画线。
[插图:平面直角坐标系,描出四点,,,,逆时针顺次以直箭头连接,即→,→,→,→。最终箭头构成一个完整的菱形]
「喔,你将点连成这种图形啊,确实这样也可以。」
「除了正方形之外还有别的图形吗?」我问。
「你的脑袋出乎意料地硬呢,这种图形呢?」米尔迦回答。
[插图:平面直角坐标系,描出四点,,,,逆时针顺次以弯箭头连接,即→,→,→,→。最终箭头构成一个完整的圆形]
「是圆……」
「没错,是圆,半径为1的单位圆,在复数平面上以原点为中心的单位圆,这是将复数的列表现成单位圆上的点。」
「单位圆……」
「通常单位圆上的点会以这样的复数来表示。」
cosθ+isinθ
「唔……对了,θ就是单位向量的旋转角啊。」
[插图:平面直角坐标系,描出,在第一象限描出任意一点。连接与原点,这条线与x轴正半轴所成的角为“幅角θ”]
「没错。我们称θ为幅角,复数与点的对应关系就像……」
复数数←→点
cosθ+isinθ←→
「将问题3-2的数列视为将正方形……不……将圆周四等分的点。要如何表现这四个等分点呢?」米尔迦对我说。
「θ为90度……也就是说以每弧度π/2增加就行了,幅角为θ=0,π/2,π,3π/2,……也就是说下面四个复数为圆的四个等分点。」我回答。
cos0+isin0
cos1+isin1
cos2+isin2
cos3+isin3
「没错。如此一来,数列bn的一般项就可以表示成下面的式子。」米尔迦说。
※※解答3-2
bn=cosn+isinn
「然后再回到问题3-1的an。」
a<n>=1,0,-1,0,1,0,-1,0,……
「你说an的1,0,-1是振动吧,其实那个问题也可以用一样的思考方式解决。」
※※解3-1
a<n>=cosn
「咦……为什么?」
「可以用图形来思考,试着将刚才bn那四个等分点投影到实数轴,就可以看到振动的样子,所以说『振动是旋转的影子』。」
[插图:平面直角坐标系,描出四点,,,,逆时针顺次以弯箭头连接,即→,→,→,→。最终箭头构成一个完整的圆形。之后,在此图下画实数轴,在、、处作三条竖直线段投影到实数轴上]
「数列a<n>可以有很多种不同的看法,可以当成『单纯的整数排列』,或是『在实数的在线振动的点』,以及『在复数平面上旋转的点』,当你意识到看见的是投影在一次元在线的影子时,你就能想象出在二次元的圆。当意识到所见的是投影时,就能发现更高次元的结构。但是通常并不容易被发觉。」
「……」
「从整数到实数的数线,再从数线到复数平面,不断地思考更高的次元。于是表现就变得简单明了,可以说越简单明了,就越象征『理解』吧。给予一部分的数列,然后思考下一个数,这并不单只是谜题,而是要探究隐藏在一般项之后的结构。」
我说不出话。
「必要的是眼睛,然而不是这个眼睛……」
米尔迦边说边指了指自己的眼睛。
「要看穿结构,需要的是心眼。」
3.3ω的华尔兹
「那么,下个问题。」米尔迦说。
※※问题3-3
用n表示下例一般项c<n>
n012345……
c<n>1/2/21/2/2……
「这是什么数列?」我说。
「嗯,你还不知道吗?」
这个时候的她并不是在轻视我,而是直率地表现出她的惊讶,就像『你真的不知道你右手的手指是五根吗?』这种讶异的感觉。
然而她的惊讶也让我感到羞愧,不过我将这样的感情放在一旁,回到数学的话题上。
「假如我说『1,/2,/2这3个数会不断地重复出现』这种没意义的答案可以吗?」我一边小心注意她的表情一边回答。
「毫无意义的答案。没解答谜题、没认清结构、没抓住本质。」她回答得干净利落。
「……那这个数列的本质是?」
「本质就是1,/2,/2这3个数有什么意义,虽然就只是这样,不