数学辅导日记6:令人瞠目结舌的公式

欧拉公式

我是日记星球154号星宝宝,这是我第8篇原创日记,21天蜕变之旅第8天。

2017年 3月8日星期三 阴

有两个令人瞠目结舌的公式:一个是爱因斯坦的质能方程式,一个是欧拉公式。前者为原子弹的爆炸而强有力地证实;后则竟然用数学符号将不同寻常的五个数0(正数和负数的界限)、1(整数单位)、e(自然对数的底数)、pi(圆周率)、i(-1的平方根,虚数单位),用一个等式联系起来。

这两个公式,表明了人类的天才,如何洞察宇宙的秘密!我们今天来谈后者。

欧拉公式是欧拉研究正弦函数和无限函数的无穷级数时发现的,当时还没有严格证明级数是收敛的,欧拉确认公式是正确的!

这样他将正弦和余弦函数的级数与指数函数的级数比较得到:

Exp(i*x)=cos(x)+i*sin(x)

令x=pi,pi=3.1415926...,即得到:

Exp(i*pi)=cos(pi)+i*sin(pi)=-1,即:

Exp(i*pi)+1=0,这就是上面的欧拉公式。

这个公式有两个数e,pi是无理数,而且是超越数-不是整系数代数方程的解!i竟然是虚数,它的平方是-1。并且同个算式同整数1、0联系起来。

欧拉公式具有强烈的哲学意味:虚数非虚。

在中学,点的坐标对应复平面的复数,同时对应平面位置矢量,具有几何意义和物理意义,是实在的,而非虚构的。

可以将复数看成二维数组,而实数是意味数组,空间矢量对应三维数组。因而复数就是实数的自然扩展。

虚数单位I,还有另一层含义复数与i的乘积是将坐标逆时针旋转90度。在描述弹簧的振动也会出现虚数单位。卡尔丹当初为了求解方程,虚构的数,想不到还有这么多意义!

和对数的发明,将乘法运算简化为加法运算。复数的应用简化了三角函数的计算。这里就不一一提及了。

复数是一个强大的工具,复函数分析在自动工程领域,用来判定系统稳定性。在电子电工频域分析也会用到。随着计算机技术发展,时域分析常应用与仿真,但是复函数分析在时机应用方面还是有很多便利的。

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