基础编程题目集 —— 7-36 复数四则运算

本文详细解析了复数的基本运算原理,包括加、减、乘、除,并提供了一段完整的C语言代码实现,用于计算两个复数的和、差、积、商,输出结果精确到小数点后1位。

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1 题目要求

本题要求编写程序,计算2个复数的和、差、积、商。

输入格式:
输入在一行中按照a1 b1 a2 b2的格式给出2个复数C1=a1+b1i和C2=a2+b2i的实部和虚部。题目保证C2不为0。

输出格式:
分别在4行中按照(a1+b1i) 运算符 (a2+b2i) = 结果的格式顺序输出2个复数的和、差、积、商,数字精确到小数点后1位。如果结果的实部或者虚部为0,则不输出。如果结果为0,则输出0.0。

2 样例

输入样例1:
2 3.08 -2.04 5.06

输出样例1:
(2.0+3.1i) + (-2.0+5.1i) = 8.1i
(2.0+3.1i) - (-2.0+5.1i) = 4.0-2.0i
(2.0+3.1i) * (-2.0+5.1i) = -19.7+3.8i
(2.0+3.1i) / (-2.0+5.1i) = 0.4-0.6i

输入样例2:
1 1 -1 -1.01

输出样例2:
(1.0+1.0i) + (-1.0-1.0i) = 0.0
(1.0+1.0i) - (-1.0-1.0i) = 2.0+2.0i
(1.0+1.0i) * (-1.0-1.0i) = -2.0i
(1.0+1.0i) / (-1.0-1.0i) = -1.0

3 分析

(1)(a1+b1i)(a2+b2i)=a1a2-b1b2+(a1b2+a2*b1)i
复数除法:
在这里插入图片描述
(2)题目中要求保留一位小数,而输入本身的类型是double型,需要考虑在处理过程中,跟0比较的问题,因为double的0不是正好为0——
当差值的绝对值小于精度时,判定为0

#define ZERO 1e-1
if(fabs(ra)<ZERO&&fabs(rb)<ZERO)

2)处理正负号的虚部的输出问题
虚部为负值,需要在其左侧输入 ‘-‘
否则输出’+’,
符号不能通过值本身输出,而需要单独定义一个字符变量,根据不同情况输出 '+‘还是’-’.

链接: link.

4 代码

#include <stdio.h>
#define ZERO 1e-1
double output(double a1,double b1,char op,double a2,double b2,double ra,double rb)
{
    double result=0;
    char op_b1,op_b2;
    if (b1>=0)
        op_b1='+';
    else
        op_b1='-';
    if (b2>=0)
        op_b2='+';
    else
        op_b2='-';
    if(fabs(ra)<ZERO&&fabs(rb)<ZERO)
    {
        //等号左侧, a-bi a+bi
        //  加减乘除 符号不同
        // 触发的计算
        //算完后的回车
        //ZERO 小数保留位数与判断0的关系
        // 输入为1 0 1 0时的 等号左边 虚部的符号op_rb,fabs(rb)
         printf("(%.1f%c%.1f\i) %c (%.1f%c%.1f\i) = %.1f",a1,op_b1,fabs(b1),op,a2,op_b2,fabs(b2),result);
         return 0;
    }
    else
    {
        if(fabs(ra)<ZERO)
        {
            result=rb;
            printf("(%.1f%c%.1f\i) %c (%.1f%c%.1f\i) = %.1f\i",a1,op_b1,fabs(b1),op,a2,op_b2,fabs(b2),result);
            return 0;
        }
        if(fabs(rb)<ZERO)
        {
            result=ra;
            printf("(%.1f%c%.1f\i) %c (%.1f%c%.1f\i) = %.1f",a1,op_b1,fabs(b1),op,a2,op_b2,fabs(b2),result);
            return 0;
        }
        else
        {
            char op_rb;
            if(rb>=0)
                op_rb='+';
            else
                op_rb='-';
            printf("(%.1f%c%.1f\i) %c (%.1f%c%.1f\i) = %.1f%c%.1f\i",a1,op_b1,fabs(b1),op,a2,op_b2,fabs(b2),ra,op_rb,fabs(rb));
            return 0;
        }
    }
}
double add(double a1,double b1,double a2,double b2)
{
    double ra=a1+a2;
 //   printf("%.20f\n",ra);
    double rb=b1+b2;
    char op='+';
    output(a1,b1,op,a2,b2,ra,rb);
    printf("\n");
    return 0;
}
double min(double a1,double b1,double a2,double b2)
{
    double ra=a1-a2;
    double rb=b1-b2;
    char op='-';
    output(a1,b1,op,a2,b2,ra,rb);
    printf("\n");
    return 0;
}
double multiply(double a1,double b1,double a2,double b2)
{
    double ra=a1*a2-b1*b2;
    double rb=b1*a2+b2*a1;
    char op='*';
    output(a1,b1,op,a2,b2,ra,rb);
    printf("\n");

    return 0;
}
double divide(double a1,double b1,double a2,double b2)
{
    double ra=(a1*a2+b1*b2)/(a2*a2+b2*b2);
    double rb=(b1*a2-b2*a1)/(a2*a2+b2*b2);
    char op='/';
    output(a1,b1,op,a2,b2,ra,rb);
    return 0;
}
int complexNumber(double a1,double b1,double a2,double b2)
{
    add(a1,b1,a2,b2);
    min(a1,b1,a2,b2);
    multiply(a1,b1,a2,b2);
    divide(a1,b1,a2,b2);
    return 0;
}
int main()
{
     double a1,b1,a2,b2;
    scanf("%lf %lf %lf %lf",&a1,&b1,&a2,&b2);
    complexNumber(a1,b1,a2,b2);
    return 0;
}

5 总结

(1)double型变量与0的之间的大小判断
(2)使用 char类型变量来输出符号

复数是由实部和虚部组成的数,通常表示为$a + bi$的形式,其中$a$是实部,$b$是虚部,而$i^2 = -1$。对于两个复数$x_1 + y_1i$ 和 $x_2 + y_2i$来说,四则运算可以通过下面的方式实现。 加法: 要执行两个复数相加的操作,只需分别将它们的实部与虚部对应相加即可得到结果。 $$ (x_1 + y_1i) + (x_2 + y_2i) = (x_1+x_2) + (y_1+y_2)i $$ 减法: 类似地,为了从第一个复数中减去第二个复数,需要从第一个复数的实部和虚部分别减去第二个复数对应的实部和虚部。 $$ (x_1 + y_1i) - (x_2 + y_2i) = (x_1-x_2) + (y_1-y_2)i $$ 乘法: 当涉及到复数之间的乘法时,则应用分配律展开括号,并记住$i^2=-1$这一规则。 $$ (x_1 + y_1i)(x_2 + y_2i) = x_1x_2 + x_1y_2i + y_1ix_2 + y_1iy_2i^2 = (x_1x_2 - y_1y_2) + (x_1y_2 + y_1x_2)i $$ 除法: 对于复数的除法则稍微复杂一些,因为分母含有虚数单位$i$。解决办法是对分子和分母同时乘以分母的共轭复数,从而消掉分母中的$i$。 设$c=x_2+iy_2 \neq 0$, 则其倒数为$\frac{\overline{c}}{|c|^2}$, 其中$\overline{c}=x_2-iy_2$ 是$c$的共轭复数,而$|c|$代表模长即 $\sqrt{x_2^2 + y_2^2}$. 因此, $$\frac{(x_1 + iy_1)}{(x_2 + iy_2)}=\frac{(x_1 + iy_1)\cdot(x_2 - iy_2)}{{x_2}^2 + {y_2}^2} = \left(\frac{x_1x_2 + y_1y_2}{x_2^2 + y_2^2}\right)+ i\left(\frac{-x_1y_2 + y_1x_2}{x_2^2 + y_2^2}\right).$$ 在编程环境中实现这些运算是直接的;大多数现代编程语言都提供了内置的支持或者库函数来进行复数计算。例如,在Python中有`complex()`构造器以及相关的算术操作符可以直接用于处理复数
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