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How to Understand Euler's Formula

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解释1:泰勒级数(Taylor series)/麦克劳林级数(Maclaurin series)

麦克劳林级数是泰勒级数在“展开点是x=0”时的特殊情况。

首先,麦克劳林级数展开后如下:

将自然指数函数带入,且因为存在一个特殊的性质:

所以:

因此得到:

把x换成得到:

利用:

把实部和虚部分开,得到:

同样可以根据麦克劳林级数展开得到,括号里的东西分别是和,因此:

这就是欧拉公式。

解释2:微分方程

假设一个点z以复平面上的原点为圆心、半径为1做逆时针方向的圆周运动,则这个运动可以用以下的微分方程来表达:

注意:圆周运动的本质是运动方向垂直于当前的位置方向,而乘以i,就是把一个复数逆时针旋转90度。因此以上微分方程表达了一个点z以复平面上的原点为圆心、半径为1做逆时针方向的圆周运动。

而这个微分方程的解就是(参考指数函数的特殊性质):

而z表达的复数就是:

因此:

这就是欧拉公式。

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