欧拉公式是物理里最令人着迷的公式之一,它将物理里最重要的几个常数联系到了一起:两个赶超数:自然对数的底e,圆周率π;两个单位:虚数单位i和自然数的单位1物理公式,以及物理里常见的0。
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但是它对数学领域的造就也形成了广泛影响,如三角函数、傅里叶级数、泰勒级数、概率论、群论等都有她的倩影。
为此,物理家们评价它是“上帝创造的公式物理公式,我们只能看它却不能完全理解它”。
但是,这个公式对化学学影响也十分巨大,如机械波论、电磁学、波动光学、量子热学等匍匐在她的脚下;为啥化学学家盖瑞·费曼直呼:欧拉恒方程不可是“数学最奇妙的公式”,也是现代数学学的定量之跟,由于她把最基本的5个物理常数简练地连系上去,但是也将数学学中的圆周运动、简谐震动、机械波、电磁波、概率波等联系在了一起......
欧拉恒方程是:
其中e是自然指数的底,i是虚数单位,π是圆周率。
这条恒方程第一次出现于1748年欧拉在洛桑出版的书,它是复剖析的欧拉公式特例。
对于任意实数x,则有
令x=π代入上式,则可得出欧拉恒方程。
在欧拉公式中,虚数i占有特殊的地位,认识这个公式就需先从i开始:
虚数i你们在小学接触过,但那时我们只晓得它是-1的平方根,但是它真正的意义是哪些呢?
这儿有一条数轴,在数轴上有一个黄色线段,它的厚度是1。当它除以3的时侯,它的厚度发生了变化,弄成了红色的线段3,而当它除以-1的时侯,就弄成了红色的线段,或则说线段在数轴上围绕原点旋转了180度。
我们晓得乘-1虽然就等于乘了两次i,因i×i=-1,这样就使线段旋转了180度,这么乘一次i呢?
答案很简单:旋转了90度呗。
假如我们将这些运算放在座标平面上来表示,则实轴与虚轴就构成了一组对称线段,我们再在0处安插一个垂直此线段的轴,这样就构成了一个平面,我们称之为复数平面;在这个平面上,我们可以看出,虚数i的功能就是旋转。
对于欧拉公式
这个公式在物理领域的意义要远小于傅里叶剖析,当x=π时,则有
它对描述圆周运动的数学意义就是圆心位移为0,如右图:
这个公式的关键作用就是将正弦波统一成了简单的指数方式,我们来瞧瞧它图象上的含义:
可见,欧拉公式所勾画的正是在复平面上做圆周运动的点,随着时间的改变,这个点在时间轴上就成了一条螺旋线。假如只看它的实数部份,也就是螺旋线在两侧的投影,就是一个最基础的正弦函数,而右边投影则是一个余弦函数。
现代数学学告诉我们,宏观宇宙的构成本质是旋转的,带有圆周运动和载流子性;微观世界也是旋转的,也带有圆周运动和载流子性,而欧拉公式描述的核心正是旋转与频度,为此,在数学学定量意义上讲,称它是宇宙第一公式一点也不为过!