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歐拉公式的讀法

生活 更新时间:2025-01-25 08:32:35

在複數域中,有個歐拉公式,是歐拉本人在研究虛數的時候發現的。

假定x是複數,則有下面的公式,即歐拉公式:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)1

如果把π帶入歐拉公式,則有:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)2

看到這個式子雖然簡單,但是卻把歐拉數e, 圓周率π, 虛數i,計數的第一個數1,還有0, 外加乘法,加法、幂的運算組合在一起,是不是很神奇?

歐拉公式的證明在中學範圍我還沒有找到可行的方法,如果你學了微積分,這裡給出一個證明。設複數z=cosθ isinθ, 将其在複變範圍内積分:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)3

因此證明了歐拉公式。

如果學習了級數,還有一種證明方法,即将sinx 與cosx 展開成級數有:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)4

帶入z=cosx isinx,

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)5

歐拉公式的幾何解釋為,單位圓在複平面的點的變化。即任何複數x可對應單位圓的一個轉角ψ。

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)6

任何一個複數a bi (a,b是實數,i是虛數)都可以寫成r, 這樣帶來複數運算的極大方便,即乘除運算,可進行幅角的加減,模的乘除。

歐拉公式能把實數領域的幂運算擴展到複數領域,讀者自己可以證明:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)7

由歐拉公式很容易推導出:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)8

所以不難得出下面的公式:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)9

在實數領域内cosx=2是不可能的,如果x是複數,利用上述式子有:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)10

即對于任何整數k,

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)11

最後舉一個用歐拉公式證明三角的和化積差的公式

因為:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)12

所以有:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)13

因此證明得出:

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)14

歐拉公式的讀法(複數的歐拉公式)15

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