下面多个关于欧拉常数的公式怎么证明?

英国科学期刊《物理世界》曾让读者投票评选了“世界上最伟大的十个公式”,最终榜上有名的十个公式既有无人不知的1+1=2,又有著名的E=mc2;既有简单的圆周公式,又有复杂的欧拉公式,这种公式被称为世界上最完美的公式,下面就来跟随小编解开其神秘面纱吧。

世界上最伟大的十个公式:欧拉公式、麦克斯韦方程组、牛顿第二定律、勾股定理、薛定谔方程、质能方程、德布罗意方程组、1+1=2、傅立叶变换、圆的周长公式

一、世界上最完美的公式

欧拉是历史上最多产的数学家,也是各领域(包含数学的所有分支及力学、光学、音响学、水利、天文、化学、医药等)最多著作的学者。数学史上称十八世纪为“欧拉时代”。欧拉出生于瑞士,31岁丧失了右眼的,59岁双眼失明,但他性格乐观,有惊人的记忆力及集中力。他一生谦逊,很少用自己的名字给他发现的东西命名。不过还是命名了一个最重要的一个常数——e。 

该公式的巧妙之处在于,它没有任何多余的内容,将数学中最基本的e、i、π放在了同一个式子中,同时加入了数学也是哲学中最重要的0和1,再以简单的加号相连。高斯曾经说:“一个人第一次看到这个公式而不感到它的魅力,他不可能成为数学家。” 虽然不敢肯定她是世界上“最伟大公式",但是可以肯定它是最完美的数学公式之一。

1、自然数的“e”含于其中。 自然对数的底,大到飞船的速度,小至蜗牛的螺线,谁能够离开它?

2、最重要的常数 π 含于其中。 世界上最完美的平面对称图形是圆。“最伟大的公式”能够离开圆周率吗? (还有π和e是两个最重要的无理数!) 

3、最重要的运算符号 + 含于其中。 之所以说加号是最重要的符号,是因为其余符号都是由加号派生而来。减号是加法的逆逆运算,乘法是累计的加法…… 

4、最重要的关系符号 = 含于其中。 从你一开始学算术,最先遇见它,相信你也会同意这句话。 

5、最重要的两个元在里面。零元0 ,单位1 ,是构造群,环,域的基本元素。如果你看了有关《近世代数》的书,你就会体会到它的重要性。 

6、最重要的虚单位 i 也在其中。 虚单位 i 使数轴上的问题扩展到了平面,而在哈密尔的 4 元数与 凯莱的 8 元数中也离开不了它。 之所以说她美,是因为这个公式的精简。她没有多余的字符,却联系着几乎所有的数学知识。 有了加号,可以得到其余运算符号; 有了0,1,就可以得到其他的数字; 有了 π 就有了圆函数,也就是三角函数; 有了 i 就有了虚数,平面向量与其对应,也就有了哈密尔的 4 元数,现实的空间与其对应; 有了 e 就有了微积分,就有了和工业革命时期相适宜的数学。

运用于三角形中: 设r为三角形外接圆半径,r为内切圆半径,d为外心到内心的距离,则: d^2=r^2-2rr

运用于拓扑学里: v+f-e=x(p),v是多面体p的顶点个数,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。 如果p可以同胚于一个球面(可以通俗地理解为能吹胀而绷在一个球面上),那么x(p)=2,如果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,就是无论再怎么经过拓扑变形也不会改变的量,是拓扑学研究的范围。 

在多面体中的运用: 简单多面体的顶点数v、面数f及棱数e间有关系 v+f-e=2 这个公式叫欧拉公式。公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律。

运用于初等数论里: 欧拉φ函数:φ(n)是所有小于n的正整数里,和n互素的整数的个数。n是一个正整数。 欧拉证明了下面这个式子: 如果n的标准素因子分解式是p1^a1*p2^a2*……*pm^am,其中众pj(j=1,2,……,m)都是素数,而且两两不等。则有 φ(n)=n(1-1/p1)(1-1/p2)……(1-1/pm) 利用容斥原理可以证明它。 此外还有很多著名定理都以欧拉的名字命名。

世界上最伟大的十个公式↓↓↓

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摘要:在复数域内用几种不同的方法证明欧拉公式θθθsin cos i e i +=,举例说明欧拉公式在数学中

的几类应用,通过总结多种方法看问题的思想来解决问题,通过几种不同种类的问题的解决方案让

读者更加明白欧拉公式在学习中的多方面思想和数学中的重要性。

关键词:欧拉公式、微分中值定理、证明、应用、三角函数

在我们所学过的指数函数和三角函数在实数域中几乎没有什么联系,在复数域中却可以相互转换,被θθθ

sin cos i e i +=这简单的关系联系在一起,这个一直盘踞在许多研究家心里的欧拉公式,有着很多很多的疑问,特别是当πθ=时,有1-=e i π,即01=+e i π,这个等式将数学中的最富有特色的五个数0、1、i 、e 、π联系在一起,0,1是实数中特殊的数字,i 是一个很重要的虚数单位,e 是无理数它取自瑞士数学家欧拉(Euler,)的英文开头[5],π是圆周率在公园前就被定义为“周长与直径的比”。它们在数学中各自都有发展的方面。因此e i π+1=0公式充分揭示了数学的统一性、简洁性和奇异性。了解这些内容对于学习高等数学,对于我们在研究较深的数学问题上

有很大帮助。 2.欧拉公式的证明简述

在这里,我把几种证明欧拉公式的方法总结在一起,对学者学习欧拉公式提供多方面的题材,

并作出知识的一种综合理解。

2.1幂级数展开式的证明法

引用三角函数和指数函数“幂级数展开式”证明欧拉公式θθθsin cos i e i +=,

3.1幂级数展开式的证明方法:

3.1.1三角函数的“麦克劳林级数”[1] :

3.1.2指数函数的“麦克劳林级数”:[1]

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欧拉恒等式被称为数学中最美丽的公式之一,它把数学中几个看似没有联系的数:圆周率π、自然常数e、虚数单位i、0和1 结合到了一个式子中。

当小见第一次看到这个式子时虽然一脸懵逼,但还是被它的完美震撼到了。它的推导过程对学过微积分的人来说不太困难,其实要证明欧拉公式,在你没有高等数学知识的情况下是几乎不可能的。对于没学过幂级数的人来说,首先要知道一个初等函数展开定理,一个函数f(x)如果是一个初等函数(就是中学阶段学过的所有函数),且在x=0处邻域(-r,r)内存在任意阶导数,那么f(x)在x=0处可以展开成幂级数,展开式为:

看不懂?没关系,这里只是介绍一下初等函数的展开定理。就是通过这个定理可以把幂函数e^x和三角函数sinx、cosx展开成幂级数:

这三个公式分别为其省略余项的麦克劳林公式,它们都是泰勒公式的一种特殊形式。虽然读者可能看到这里不懂得为什么,但你只要知道这三个式子是通过上面的初等函数展开定理得来的就行了,不必自己算。当e的指数x替换成ix,即实数变量变成了纯虚数变量时,可写出:

所以结合虚数单位和上面的正余弦函数展开式得到一般形式的欧拉公式:

当x=π时,因为cosπ=-1,sinπ=0,所以就这样在没有利用高等数学中微积分知识和复平面圆周运动知识的情况下便证明出了欧拉恒等式:

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