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尤拉公式推導

歐拉公式的推導主要有兩種方法:

泰勒展開法

將指數函式 \(e^{ix}\) 和三角函式 \(\cos(x) + i\sin(x)\) 分別進行泰勒展開。

對於 \(e^{ix}\),展開式為 \(1 + ix - \frac{1}{2}x^2 - \frac{i}{3!}x^3 + \cdots\)。

對於 \(\cos(x) + i\sin(x)\),展開式為 \(1 - \frac{1}{2}x^2 + \cdots + i(x - \frac{1}{3!}x^3 + \cdots)\)。

通過比較兩個展開式的係數,可以發現它們在實部和虛部上都是一致的,從而證明了 \(e^{ix} = \cos(x) + i\sin(x)\)。

棣莫弗公式法

棣莫弗公式表明 \((\cos(\alpha) + i\sin(\alpha))(\cos(\beta) + i\sin(\beta)) = \cos(\alpha + \beta) + i\sin(\alpha + \beta)\)。

令 \(\alpha = \beta = x\),則 \((\cos(x) + i\sin(x))^2 = \cos(2x) + i\sin(2x)\)。

通過數學歸納法和棣莫弗公式,可以證明對於任意整數 \(n\),\((\cos(x) + i\sin(x))^n = \cos(nx) + i\sin(nx)\)。

特別地,當 \(n = 1\) 時,得到 \(e^{ix} = \cos(x) + i\sin(x)\)。

這兩種方法都是推導歐拉公式的有效途徑,它們從不同的角度出發,但最終都得到了相同的結果。