请证明欧拉公式,ejθ = cos(θ) + isin(θ)
时间: 2024-06-04 18:13:42 浏览: 132
欧拉函数公式以及证明
欧拉公式证明如下:
我们从傅里叶级数说起。一个周期为T的函数f(x)可以表示为一个无穷级数,即:
f(x) = a0 + ∑(an*cos(2πnx/T) + bn*sin(2πnx/T))
其中,a0是一个常数,an和bn是不为零的系数。对于一个周期为2π的函数,我们可以把T设为2π。于是,该函数的傅里叶级数就变成了:
f(x) = a0 + ∑(an*cos(nx) + bn*sin(nx))
这个无穷级数是收敛的,可以表示为一个复数的幅角和模长的乘积:
f(x) = ∑(Cn * e^(inx))
其中,Cn表示该函数在傅里叶级数中对应的系数,e表示自然常数,i表示虚数单位。
我们来考虑一下e的幂函数。根据泰勒级数的定义,e^x可以表示为:
e^x = ∑(x^n / n!)
把x换成ix,得到:
e^(ix) = ∑(i^n * x^n / n!)
展开式中的i^n,当n为偶数时为1,当n为奇数时为i。于是,把n分为奇偶两种情况,得到:
e^(ix) = ∑(x^(2n) / (2n)!) + i * ∑(x^(2n+1) / (2n+1)!)
这两个级数分别是cos(x)和sin(x)的幂级数表达式。于是可以得到:
e^(ix) = cos(x) + i * sin(x)
这就是欧拉公式。它表示了一个复数e^(ix)可以在复平面上用一个长度为1,与实轴夹角为x的向量来表示。其中,cos(x)和sin(x)分别代表了这个向量在实轴和虚轴上的投影。
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