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“数学英雄”欧拉的天才之作—欧拉公式,为啥被称为宇宙第一公式?

作为数学界四大天王之一的欧拉,一向以来都被誉为天才之中的天才。

他发现了一系列对人类影响深远的符号——圆周率的符号π、函数符号f(x)、以及三角学符号sin、cos、tg等等都是他发现的。

欧拉可以说凭一己之力,当作功为中国数学教材进献了无数的常识点。让中国粹生在中考、高考的数学火海里苦苦挣扎。

而大学生生也难逃欧拉的熬煎,从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式都是他送给理科系大学生的礼品。

他还趁便缔造了几个全新的学科:拓扑学、弹道学、阐发力学,他家曾遭遇大火,销毁了他绝大大都的当作果,他晚年更是当作了一个瞎子,但这都没有他故障他在数学上做出更多的当作就,他可以本身依靠默算,把一个复杂的收敛级数的17项加起来,算到第50位数字。

据统计,他的研究当作果共包罗886本册本和论文,此中阐发、代数、数论占40%,几何占18%,物理和力学占28%,天文学占11%,弹道学、帆海学、建筑学等占3%,彼得堡科学院为了清算他的著作,足足忙碌了四十七年。

他最为有名的就是欧拉公式,这个公式十分简单,却被誉为宇宙第一公式,蕴含一切数学的真理。

?可是这个公式在以前即使是很多的数学界穷尽平生都很难琢磨大白,它将数学里最主要的几个常数联系到了一路:两个超越数:天然对数的底e,圆周率π;两个单元:虚数单元i和天然数的单元1,以及数学里常见的0。

您可以用任何方式去证实它,您可以用很是多分歧的体例去证实它,您既可以用数学归纳法证实,也可以用推理证实,也可以分式推导,还可以用复变函数求证,甚至您可以用平面几何学、 物理学、拓扑学来推证。所以才说他蕴含了一切的数学真理,甚至蕴含了宇宙的至理法例。

在这个公式里面,“e”被称为天然常数也被称为欧拉数。 双曲函数、素数定理、完全率、阻力落体、粒子活动等等都离不开“e"

而别的一个超越数,π,大师比拟很清晰了,就是圆周率。这两个超越数的符号都是欧拉发现的。

也包含了最主要的运算符号 + ,最主要的关系符号 = 。而0和1,是机关群,环,域的根基元素,也是机关代数的根本。 而虚单元 i 使数轴上的问题扩展到了平面,在哈密尔的 4 元数与 凯莱的 8 元数中也分开不了它。

欧拉公式也可以写当作这个形式e^ix=cosx+isinx,它的推导过程如下:

这个公式影响了整个数学的成长,三角函数、傅里叶级数、泰勒级数、概率论、群论、几何都受到这个公式的影响,就连物理也收到了这个公式的影响,机械波论、电磁学、波动光学以及激发了电子学革命的量子力学的理论根本也蕴含此中。

举个例子:

您可以利用欧拉公式将三角函数转换为指数(由泰勒级数易得):

sinx=[e^(ix)-e^(-ix)]/(2i) cosx=[e^(ix)+e^(-ix)]/2 tanx=[e^(ix)-e^(-ix)]/[ie^(ix)+ie^(-ix)]

cosα=1/2[e^(iα)+e^(-iα)]sinα=-i/2[e^(iα)-e^(-iα)]

泰勒睁开有无限级数,e^z=exp(z)=1+z/1!+z^2/2!+z^3/3!+z^4/4!+…+z^n/n!+… 此时三角函数界说域已推广至整个复数集。可以说欧拉公式将指数函数的界说域扩大到了复数域,成立了三角函数和指数函数的关系,被誉为“数学中的天桥”。

当然还有拓扑学里的欧拉公式

v+f-e=x(p),v是多面体p的极点个数,f是多面体p的面数,e是多面体p的棱的条数,x(p)是多面体p的欧拉示性数。 若是p可以同胚于一个球面(可以通俗地舆解为能吹胀而绷在一个球面上),那么x(p)=2,若是p同胚于一个接有h个环柄的球面,那么x(p)=2-2h。 x(p)叫做p的欧拉示性数,是拓扑不变量,就是无论再怎么颠末拓扑变形也不会改变的量,是拓扑学研究的规模。

所以您这下就大白为什么它被誉为天主缔造的公式了吧!物理学家查德·费曼就曾惊呼:欧拉恒等式不单是“数学最奇奥的公式”,也是现代物理学的定量之跟。高斯也曾经说:“一小我第一次看到这个公式而不感应它的魅力,他不成能当作为数学家。”

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