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欧拉公式的理解(如何通俗解释欧拉公式?)

时间:2023-05-04 22:54:30 阅读:121900 作者:3658

本文由老马的高等数学授权

欧拉公式将指数函数定义域扩展到复数域,建立了三角函数与指数函数的关系,被称为“数学天桥”。 形式简单,结果惊人,欧拉自己把这个公式刻在皇家科学院的门上,似乎要仔细推敲。

1 复数

在进入欧拉公式之前,先看看重要的复数概念。

1.1的由来

这就是的定义。 虚数的出现,进一步扩展了实数系统,扩展到了复平面。 实轴已经填满自然数、整数、有理数、无理数,虚数要二维求空间。

但是,这是最不可接受的次数系扩展,一听到名字就觉得“空虚”。

从自然数扩展到整数:能够应对“借款、减少”的负数增加

从整数扩展到有理数:分数增加,可以支持“分割,部分”

从有理数到实数的扩展:增加的无理数可以对应于“单位正方形对角线的长度()”

从实数到复数的扩展:增加的虚数对应什么?

虚数似乎只是将卡方运算封闭在整个复数域中(也就是说,在复数卡方运算之后得到的还是复数)。

看起来我们不需要在意到底有多相等。 我们可以决定没有意义。 完全一样。

看看一元二次方程的万能式。 其根可以表示为: 那个判别式。

:有两个不同的实数根

:有两个相等的实数根

:既然有两个不同的复数根,其实规定为没有意义就好了,为什么要无视这些呢?

再看看吧。 一元三次方程。 一元三次方程的解太复杂了,不能写在这里。 请参考维基百科。 我希望大家都能打开。

让我们讨论一下。 此时,一元三次方程式的根可以表示为:

其中。

判别式注意观察解的形式包含在根式中。

有一个实数根和两个复数根

:实数根有三个,当、根为0,当、三个根中有两个相等

:有三个不同的果实根! 无知。 如何用复数求实根?

要解三次方程的根,不能绕过复数吗? 之后,发现判别式为负时可以通过三角函数计算得到实根,但当时不知道,所以开始思考什么是复数。

我认为可以有虚数,但虚数用实力磨炼了存在感。 虚数确实没有现实的对应物,只是形式上的定义,但必不可少。 数学界逐渐接受多重存在,成为重要的分支。

1.2 复平面上的单位圆

在复平面上画单位圆。 单位圆上的点可以用三角函数表示。

玩单位圆吧:

1.3 复平面上乘法的几何意义

同样的感受:

2 欧拉公式

是的,有。

---维基百科

欧拉公式在形式上很简单,是怎么发现的呢?

2.1 欧拉公式与任性的菠萝公式

欧拉最初通过任性的菠萝公式观察欧拉公式:

代入后得到:

欧拉公式怎么能直观地理解呢?

2.2 对同一个点不同的描述方式

可以将单位圆上的点视为由单位圆的圆运动描述,将单位圆上的点视为由复平面的坐标描述。 因为是相同点的不同记述方法,所以有。

2.3 为什么是圆周运动?

定义如下:

---维基百科

这是实数域下的定义,可以推广到复数域。 根据前面的复数乘法的记述,乘法进行伸缩和旋转运动,伸缩和旋转的幅度根据可能的值而不同。

让我们看看如何在圆周上做一个弧度的圆周运动:

可以从图中挤出时,在单位圆上旋转了1弧度。

看看吧。 这应该是在单位圆上转弧。

确实被认为是单位圆周上的圆周运动。

让我们看看它是如何工作的:

2.4的几何含义是什么?

我不知道有什么几何意义,做点变换吧。 几何意义很明显,它沿着圆运动呈弧形。

2.5 欧拉公式与三角函数

根据欧拉公式,很容易上市:

和。 三角函数的定义域扩大到了复数域。

假设复数是一个向量。 复数的实部是方向,虚部是

方向,很容易观察出其几何意义。

2.6 欧拉恒等式

当  的时候,代入欧拉公式:

 。

 就是欧拉恒等式,被誉为上帝公式,  、  、  、乘法单位元1、加法单位元0,这五个重要的数学元素全部被包含在内,在数学爱好者眼里,仿佛一行诗道尽了数学的美好。

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