以瑞士著名數學家歐拉命名的公式定理不勝枚舉,平面幾何,拓撲,複變函數,數論等等各個數學領域內均有歐拉大神的插旗。本文所指的歐拉公式是比較廣為人知的,聯繫三角函數與復指數的公式:
預備知識:
(1)自然對數的底
以及相應的推廣:對任意a
(2)極限
(3)棣莫弗公式
對複數
有
備註:棣莫弗公式比歐拉早,當時他還沒有認識到複數的指數形式。另外簡單介紹一下,棣莫弗De Moivre(1667-1754),法國數學家,一生未婚。87歲時患上了“嗜眠症”,每天睡覺20小時。當達到24小時長睡不起時,他便在貧寒中離開了人世。
接下來是推導。
根據棣莫弗公式,對任意n,都有
令n趨於無窮,根據預備知識(2),則
於是
根據預備知識(1)第二個公式,n趨於無窮時,有
由n的任意性,趨於可改為等號,從而
就得到了歐拉公式。
當然,以上過程並不嚴謹,嚴謹的證明需要用泰勒級數,但可以加深對歐拉公式的理解。
也許歐拉一開始也是這麼想的,無聊的時候,對著棣莫弗公式一頓操作,突然,Eureka!發現了這一公式,然後才進一步通過其他嚴謹的方法證明了這一公式。
從無到有的第一步最為艱難,道生一,一生二,二生三,三生萬物。大部分時候,差的就是“道生一”的關鍵一步。
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