在复数域中,有个欧拉公式,是欧拉本人在研究虚数的时候发现的。
假定x是复数,则有下面的公式,即欧拉公式:
如果把π带入欧拉公式,则有:
看到这个式子虽然简单,但是却把欧拉数e, 圆周率π, 虚数i,计数的第一个数1,还有0, 外加乘法,加法、幂的运算组合在一起,是不是很神奇?
欧拉公式的证明在中学范围我还没有找到可行的方法,如果你学了微积分,这里给出一个证明。设复数z=cosθ isinθ, 将其在复变范围内积分:
因此证明了欧拉公式。
如果学习了级数,还有一种证明方法,即将sinx 与cosx 展开成级数有:
带入z=cosx isinx,
欧拉公式的几何解释为,单位圆在复平面的点的变化。即任何复数x可对应单位圆的一个转角ψ。
任何一个复数a bi (a,b是实数,i是虚数)都可以写成r, 这样带来复数运算的极大方便,即乘除运算,可进行幅角的加减,模的乘除。
欧拉公式能把实数领域的幂运算扩展到复数领域,读者自己可以证明:
由欧拉公式很容易推导出:
所以不难得出下面的公式:
在实数领域内cosx=2是不可能的,如果x是复数,利用上述式子有:
即对于任何整数k,
最后举一个用欧拉公式证明三角的和化积差的公式
因为:
所以有:
因此证明得出:
,