數(shù)學(xué)輔導(dǎo)日記6:令人瞠目結(jié)舌的公式

歐拉公式

我是日記星球154號(hào)星寶寶,這是我第8篇原創(chuàng)日記,21天蛻變之旅第8天。

2017年 3月8日星期三 陰

有兩個(gè)令人瞠目結(jié)舌的公式:一個(gè)是愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程式,一個(gè)是歐拉公式。前者為原子彈的爆炸而強(qiáng)有力地證實(shí);后則竟然用數(shù)學(xué)符號(hào)將不同尋常的五個(gè)數(shù)0(正數(shù)和負(fù)數(shù)的界限)、1(整數(shù)單位)、e(自然對(duì)數(shù)的底數(shù))、pi(圓周率)、i(-1的平方根,虛數(shù)單位),用一個(gè)等式聯(lián)系起來(lái)。

這兩個(gè)公式,表明了人類(lèi)的天才,如何洞察宇宙的秘密!我們今天來(lái)談后者。

歐拉公式是歐拉研究正弦函數(shù)和無(wú)限函數(shù)的無(wú)窮級(jí)數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)的,當(dāng)時(shí)還沒(méi)有嚴(yán)格證明級(jí)數(shù)是收斂的,歐拉確認(rèn)公式是正確的!

這樣他將正弦和余弦函數(shù)的級(jí)數(shù)與指數(shù)函數(shù)的級(jí)數(shù)比較得到:

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,這就是上面的歐拉公式。

這個(gè)公式有兩個(gè)數(shù)e,pi是無(wú)理數(shù),而且是超越數(shù)-不是整系數(shù)代數(shù)方程的解!i竟然是虛數(shù),它的平方是-1。并且同個(gè)算式同整數(shù)1、0聯(lián)系起來(lái)。

歐拉公式具有強(qiáng)烈的哲學(xué)意味:虛數(shù)非虛。

在中學(xué),點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)復(fù)平面的復(fù)數(shù),同時(shí)對(duì)應(yīng)平面位置矢量,具有幾何意義和物理意義,是實(shí)在的,而非虛構(gòu)的。

可以將復(fù)數(shù)看成二維數(shù)組,而實(shí)數(shù)是意味數(shù)組,空間矢量對(duì)應(yīng)三維數(shù)組。因而復(fù)數(shù)就是實(shí)數(shù)的自然擴(kuò)展。

虛數(shù)單位I,還有另一層含義復(fù)數(shù)與i的乘積是將坐標(biāo)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。在描述彈簧的振動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)虛數(shù)單位??柕ぎ?dāng)初為了求解方程,虛構(gòu)的數(shù),想不到還有這么多意義!

和對(duì)數(shù)的發(fā)明,將乘法運(yùn)算簡(jiǎn)化為加法運(yùn)算。復(fù)數(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了三角函數(shù)的計(jì)算。這里就不一一提及了。

復(fù)數(shù)是一個(gè)強(qiáng)大的工具,復(fù)函數(shù)分析在自動(dòng)工程領(lǐng)域,用來(lái)判定系統(tǒng)穩(wěn)定性。在電子電工頻域分析也會(huì)用到。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展,時(shí)域分析常應(yīng)用與仿真,但是復(fù)函數(shù)分析在時(shí)機(jī)應(yīng)用方面還是有很多便利的。

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