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莱昂哈德·欧拉是18世纪最伟大的数学家之一,也是人类历史上最杰出的数学家之一。作为一个多产的数学家,欧拉贡献不可估量,他提出了许多对现代数学不可或缺的概念。

在欧拉的一生中,它出版了885份关于关于数学和其他学科的论文和书籍。即使是后来失明了,他仍然笔耕不辍。欧拉在失明之后还打趣地说:“现在我就更不会分心了。” 以勤奋著称的欧拉,用他那惊人的记忆和心算能力弥补了视力的丧失。在欧拉一生丰硕的成果中,有一个以他名字命名的公式被誉为“上帝创造的公式”,那就是欧拉恒等式。

欧拉恒等式

这个公式以一种极其简单的方式将数学上不同的分支联系起来,其中涵盖了数学中最重要的几个常数,这个公式堪称是最美的数学公式。

(1)其中“e”是自然常数或者欧拉数,这是在微积分中广泛运用的自然对数的底数。这是一个无理数,也是一个超越数,它的值为2.71828……。

(2)“i”是一个复数或者是虚数单位,也是-1的平方根或者方程“x^2+1=0”的解。虚数在电子工程中极为重要,并且也在量子力学中得到应用。

(3)“π”是圆周率,这个常数不需要任何进一步的介绍,因为这是世人皆知的数学常数,在欧氏几何学和广义相对论中无处不在。

(4)自然数“1”, 任何数与之相乘都是本身。

(5)自然数“0”, 任何数与之相加都是本身。

欧拉恒等式就是结合了这五个基本常数而建立的。

由《物理世界》(Physics World)发起的一项调查表明,人们把欧拉恒等式与麦克斯韦方程组一起并称为“史上最伟大的公式”。物理大师费曼也盛赞这个公式为“数学最非凡的公式”。那么,欧拉恒等式是如何推导出来的呢?

证明

事实上,欧拉恒等式如下欧拉公式的一种特殊情况:

只要令θ=π,就能直接得到欧拉恒等式。那么,上述的欧拉公式又是怎么来的呢?

这个公式可以通过对e^(iθ)进行泰勒展开得到: i 作为常系数

再根据三角函数的泰勒展开:

从而可以得到欧拉公式:

当θ=π时,这个公式就能转变为我们所熟知的欧拉恒等式

用途:1. 把对应的三角形式复数 表示 指数形式的复数 (桥梁!)。目的,是可以化简复数的运算。乘除法转换成了加减法。

---》( 傅里叶变化中,傅里叶变换就是傅氏级数就是信号分解,将复杂信号分解简单的正交余弦信号,傅立叶变换得到各个信号分量的幅度与起振角度,引入欧拉公式变成复数是为了表示方便后面对信号做运算也简单了很多,比如时域卷积经过傅立叶变换到频域就是相乘)

复数

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