物理 【数学杂谈】泰勒太难了,能不能用高中知识证欧拉公式

希望各位给出更多见解
不是那个无敌的欧拉欧拉欧拉欧拉欧拉欧拉欧拉欧拉欧拉,是
很简洁,是不是,看看证明
我就问你看没看的懂吧,反正我都没学到那
好吧,废话不多说,上车
先从0和1开始
0:无,没有,起点
1:数学里最基本的单位
每一个文明建立一套数学体系,这是最重要的,从0开始,不断的加单位,就可以得到整个自然数集,最自然,最原始。
咱可以用数轴表示这种结构,往右不断增加,而往左是不断减小,所有经典的四则运算都是在此基础上进行
说说虚数单位i吧
ps:课本上定义是这样的i²=-1,而非i=√-1,很好避免了根号下的数要大于等于0的定义域,但以后√-1记号是很多甚至官方的
相信学到高中的同学想问,为什么两个复数相乘是模长相乘,辐角相加,为什么i有如此神奇的魔力
第一,模长相乘
通过小学二年级的计算,得出确实是这样
ps:这个等式是拉格朗日恒等式,我也不会,如果只考虑实数的部分柯西不等式
第二,看看辐角
这是复数的三角表示方式,基本都学过吧
ps:虽然长得像欧拉,其实现在还没他啥事
两个复数一乘,再用三角和差公式一算
以上的都是lg教过的,但是,为啥就这么巧捏?
其实因果是颠倒,是复数的美丽性质,带来的这样的巧和,这个的巧合的原因,就来源于i²=-1
先看看一个虚数u=a+bi,你是怎么再复平面上找到他的?,先从原点出发,往x实轴方向前进a,再往y虚轴前进b
你再将这个虚数乘i,即iu=-b+ai,你再找找iu
一个明显的旋转全等关系,逆时针旋转90°,无论是哪一个复数
正是因为i的定义,而铸造了这种关系
这下再考虑两个复数相乘的关系,建立一个新坐标系,他的横坐标方向是u,纵就是iu,称为u坐标系
为啥呢,因为这u坐标系也符合复平面的一个性质,任何一个复数x+yi乘了u,可以分别分解成x*u+yi*u
恰恰对应左边u坐标系横坐标前进x,纵坐标前进y的特性,因垂死听啊,所以,这个复数乘上u在复平面上的样子,恰好是这个复数在u平面的样子
ps:已经有包含线性映射,基底,旋转矩阵的思想,线代的思想,当然,我都不会
所以,这个乘积的辐角刚好是这个复数的辐角+u的辐角
甚至可以用次反推和差角公式,very因垂死听,太优雅的
这些,全来自于i²=-1,
我们不是定义了i,而是i一直都在那,在一个一维的数轴上,原来一直有一个i,这是这个世界,早就蕴含的规律,虚数,他不虚
终于聊完了i,该到他了,e
e有好多定义
其实最初e来自于复利率,比如,你存入了1元,他一年过后会变为2元
如果,在一年内,你存取n次,就是每过1/n年,你就取出利润的钱,然后当做本金存回去
那么,每次存取,你的钱会变成你的(1+1/n)倍,最终你的钱会变为(1+1/n)ⁿ
贪婪的商人发现,就算n趋近无穷,也只会收敛到一个有限的值,≈2.71828,这就是e无穷极限的定义方式
其实在这个定义里,已经蕴含着e的x次方的倒数也是他本身
这下,要解决一个核心意味e^ix到底意味着什么,为什么在π的函数值变为-1
你将e^ix求导,ie^ix,也就差个i倍,在复平面上说过,乘i,就是逆时针旋转90°
其实,e^ix描绘了一个二维向量在复平面上的运动过程,初始时
之后每个时刻,他位置的导数,也就是运动的速度,都是位置向量乘了i,他的速度永远垂直于原点
这下,学过高中物理的人要因垂死听了,这是啥,和洛伦兹力一样,圆周运动啊
运用i构建的几何特性,和e导数等于自身的特质,e^ix,是一个从1,0开始,沿着单位圆的运动轨迹,x,便代表了你前进长度为x的圆弧
再结合一点三角函数,这下,终于出来了,欧拉公式,本质,就是把单位圆上的点,用三角分解的性质表现出来
最后,再带入π,最美丽的公式出来了
欧拉公式,是运用了i的几何特性,e的自导特性,π的定义,构建了这个美丽的公式,0,1,e,π,i,被欧拉用一个公式,解决了
这就是,数学的美
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【漫士科普】如何最简单且本质地理解欧拉公式?
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