理论教育 数学之外:复数的欧拉公式

数学之外:复数的欧拉公式

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:在所有的数学公式中,被数学家公认为最美的数学公式就是eiπ+1=0,这个公式也是以欧拉名字命名的公式之一。而且,这些常数来历各异,分属不同的学科,欧拉公式却以这样和谐的方式将它们统一起来,无疑是一个奇迹,它深刻地体现了数学的美妙与和谐,无怪乎人们会认为它是数学中最美的公式。这个欧拉公式成为复变函数的基础。

数学之外:复数的欧拉公式

在所有的数学公式中,被数学家公认为最美的数学公式就是

e+1=0,

这个公式也是以欧拉名字命名的公式之一。为什么说这个公式是最美的数学公式?它美在哪里呢?

在这个欧拉公式中,只包含5个常数(0,1,π,e,i)和3种运算(加法、乘法、幂运算),以及一个等号,形式极为简洁。但这5个常数可不一般,它们是数学中最重要的5个常数。在0,1,π,e,i这5个常数中,0和1是算术的代表,它们分别是加法和乘法的单位元,即任何数加0还是原来的数,任何数乘1也还是原来的数,通过四则运算,0和1可以生成所有有理数。π和e都是无理数,其中π是圆周率,它来自几何,但不限于几何,在数学的每个领域中都能看到它的身影,“这个数渗透了整个数学”(陈省身语),其重要性不言而喻。e是自然对数的底,也称为欧拉数,它来自分析,是微积分中最常见的常数,可以说没有常数e,微积分就不会如此优美简洁。i是虚数单位,来自代数,i的出现将数从实数扩充到复数,从而使得任何代数方程都有根,这就是代数基本定理,从此有了复变函数这个学科。而欧拉公式中的3种运算是最基本的数学运算,没有这些运算,就没有数学。

在这个欧拉公式中,每一个常数、每一个运算,以及那个等号,无一不是数学史的经典之作。这个公式是如此简洁和完美,没有任何冗余,却又缺一不可。而且,这些常数来历各异,分属不同的学科,欧拉公式却以这样和谐的方式将它们统一起来,无疑是一个奇迹,它深刻地体现了数学的美妙与和谐,无怪乎人们会认为它是数学中最美的公式。在法国巴黎发现宫π大厅的门框上,我们可以醒目地看到这个伟大的公式。(www.daowen.com)

上述欧拉公式是如下更一般的欧拉公式的一个特殊情形:

e=cosθ+isinθ,

这里θ是实数,取θ=π就得到前面的那个公式。这个公式本身就极其优美,它建立了指数函数和三角函数之间不可思议的联系。有了它,很多三角公式就可以轻而易举地推导出来。有了这个公式,复数就有了模长-辐角表示,即,这里r=|z|,是复数z的模长,θ是复数z的辐角。有了这个公式,就有了复数的指数函数。这个欧拉公式成为复变函数的基础。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈