欧拉公式的启发性推导

以瑞士著名数学家欧拉命名的公式定理不胜枚举,平面几何,拓扑,复变函数,数论等等各个数学领域内均有欧拉大神的插旗。本文所指的欧拉公式是比较广为人知的,联系三角函数与复指数的公式:

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预备知识:

(1)自然对数的底

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以及相应的推广:对任意a

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(2)极限

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(3)棣莫弗公式

对复数

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备注:棣莫弗公式比欧拉早,当时他还没有认识到复数的指数形式。另外简单介绍一下,棣莫弗De Moivre(1667-1754),法国数学家,一生未婚。87岁时患上了“嗜眠症”,每天睡觉20小时。当达到24小时长睡不起时,他便在贫寒中离开了人世。

接下来是推导。

根据棣莫弗公式,对任意n,都有

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令n趋于无穷,根据预备知识(2),则

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于是

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根据预备知识(1)第二个公式,n趋于无穷时,有

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由n的任意性,趋于可改为等号,从而

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就得到了欧拉公式。

当然,以上过程并不严谨,严谨的证明需要用泰勒级数,但可以加深对欧拉公式的理解。

也许欧拉一开始也是这么想的,无聊的时候,对着棣莫弗公式一顿操作,突然,Eureka!发现了这一公式,然后才进一步通过其他严谨的方法证明了这一公式。

从无到有的第一步最为艰难,道生一,一生二,二生三,三生万物。大部分时候,差的就是“道生一”的关键一步。

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