Eulerren formularen interpretazio geometrikoa.
Eulerren formula , izena Leonhard Eulerren omenez duena, bereziki analisi konplexu arloko matematika-formula bat da, funtzio trigonometrikoen eta funtzio esponentzialen arteko erlazio sakona erakusten duena. (Eulerren identitatea Eulerren formularen kasu berezi bat da). Formula hau da:
e
i
x
=
cos
-->
(
x
)
+
i
sin
-->
(
x
)
{\displaystyle e^{ix}=\cos \left(x\right)+i\,\operatorname {sin} \left(x\right)}
,
non :
x zenbaki erreala den;
e logaritmo naturalaren oinarria den;
i unitate irudikaria den;
sin eta cos funtzio trigonometrikoak diren.
Esponentzial konplexuaren eta funtzio trigonometrikoen arteko erlazioa Roger Cotes matematikari ingelesak frogatu zuen lehendabizi 1714an , honela
ln
-->
(
cos
-->
x
+
i
sin
-->
x
)
=
i
x
{\displaystyle \ln(\cos x+i\sin x)=ix\,}
non ln logaritmo naturala [ 1] den.
Frogapena
Eulerren formula aztertzeko berretura-serietan garatzearen ezaguerak behar ditugu. Baliabide handi bat sartuko dugu, asko sakondu gabe, ondorengo kontzeptua dena:
a
{\displaystyle a}
-n zentratutako
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
funtzio analitiko baten Taylorren serietan garapena honela adierazten da:
f
(
x
)
=
∑ ∑ -->
n
=
o
∞ ∞ -->
C
n
(
x
− − -->
a
)
n
{\displaystyle f(x)=\sum _{n=o}^{\infty }{C_{n}}{(x-a)^{n}}}
|
x
− − -->
a
|
<
R
{\displaystyle |x-a|<R}
, non
C
n
=
f
n
(
a
)
n
!
{\displaystyle C_{n}={\frac {{f^{n}}(a)}{n!}}}
Garapen kontzeptu hori erabiliz eta
f
(
x
)
=
e
x
{\displaystyle f(x)=e^{x}}
hartuz
a
=
0
{\displaystyle a=0}
zentroko ingurune batean, honako hau dugu:
e
x
=
∑ ∑ -->
n
=
0
∞ ∞ -->
f
n
(
0
)
x
n
n
!
=
∑ ∑ -->
n
=
0
∞ ∞ -->
x
n
n
!
=
1
+
x
1
!
+
x
2
2
!
+
x
3
3
!
+
.
.
.
{\displaystyle e^{x}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {{{f^{n}}(0)}{x^{n}}}{n!}}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {x^{n}}{n!}}=1+{\frac {x}{1!}}+{\frac {x^{2}}{2!}}+{\frac {x^{3}}{3!}}+{...}}
(
− − -->
∞ ∞ -->
,
∞ ∞ -->
)
{\displaystyle (-\infty ,\infty )}
konbergentzia-tarteko edozein
x
{\displaystyle x}
-rako
x
=
1
{\displaystyle x=1}
denean, aurreko ekuazioan,
e
{\displaystyle e}
zenbakiko adierazpena lortzen da, serie infinitu bat bezala:
e
=
∑ ∑ -->
n
=
0
∞ ∞ -->
1
n
!
=
1
+
1
1
!
+
1
2
!
+
1
3
!
+
.
.
.
{\displaystyle e=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {1}{n!}}=1+{\frac {1}{1!}}+{\frac {1}{2!}}+{\frac {1}{3!}}+{...}}
x
{\displaystyle x}
-ren ordez
i
x
{\displaystyle ix}
ordezkatzen badugu, orduan:
e
i
x
=
∑ ∑ -->
n
=
0
∞ ∞ -->
(
i
x
)
n
n
!
=
∑ ∑ -->
n
=
0
∞ ∞ -->
(
− − -->
1
)
n
⋅ ⋅ -->
x
2
n
(
2
n
)
!
+
i
∑ ∑ -->
n
=
1
∞ ∞ -->
(
− − -->
1
)
n
− − -->
1
⋅ ⋅ -->
x
2
n
− − -->
1
(
2
n
− − -->
1
)
!
{\displaystyle e^{ix}=\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {(ix)^{n}}{n!}}={\sum _{n=0}^{\infty }{\frac {{(-1)^{n}}\cdot {x^{2n}}}{(2n)!}}}+i{\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {{(-1)^{n-1}}\cdot {x^{2n-1}}}{(2n-1)!}}}}
Aurreko ekuazioaren (
e
i
x
{\displaystyle e^{ix}}
) batuketaren lehenengo zatia
c
o
s
(
x
)
{\displaystyle cos(x)}
funtzioaren garapena da eta bigarren zatia
s
i
n
(
x
)
{\displaystyle sin(x)}
-rena Maclaurinen serie batean. Beraz, Eulerren formula izenez ezagutzen den ekuazioa dugu:
e
i
x
=
cos
-->
(
x
)
+
i
sen
-->
(
x
)
{\displaystyle e^{ix}=\cos \left(x\right)+i\,\operatorname {sen} \left(x\right)}
modu orokorragoan honela ere idatz daiteke:
e
i
u
x
=
cos
-->
(
u
x
)
+
i
sen
-->
(
u
x
)
{\displaystyle e^{iux}=\cos \left(ux\right)+i\,\operatorname {sen} \left(ux\right)}
.
Erreferentziak
↑ John Stillwell (2002). Mathematics and Its History. Springer.
Kanpo estekak
Ikus, gainera