欧拉公式的证明-泰勒展开法

news2024/11/23 3:35:43

欧拉公式

欧拉公式在理工科有着广泛的应用和影响。

e^{ix} = \cos x + i\sin x

特别地,当x = \pi时,e^{i\pi } = -1,巧妙地将自然对数底数 e,圆周率 \pi,虚数单位 i-1 写进一个公式。


证明

由泰勒公式:

        \because e^{x} = \Sigma_{n=0}^{+\infty}\frac{x^{n}}{n!} = 1 + x + \frac{1}{2}x^{2} + ...

        \therefore e^{ix} = \Sigma_{n=0}^{+\infty}\frac{(ix)^{n}}{n!}

         e^{ix} = 1 + ix - \frac{1}{2}x^{2} - \frac{1}{3!}ix^{3} +...

提取奇偶次项:

        e^{ix} = (1 - \frac{1}{2}x^{2} + \frac{1}{4!}x^{4} - \frac{1}{6!}x^{6} + ...) + i(x - \frac{1}{3!}x^{3} + \frac{1}{5!}x^{5} - ...)

        e^{ix} = \cos x + i\sin x


补充:

        或许你有疑惑,e^{ix} = \cos x + i\sin xe^{i\pi } = -1是个什么玩意儿?这里需要去理解复数乘法在复平面的意义,欧拉公式会更形象一点。

        此外,欧拉公式还可用导数法、极坐标法等方式来证明。

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