有趣的數學奇蹟:用幾何原理描繪e^iθ的無窮級數,會發生什麼?

2021-01-07 電子通信和數學

如下圖形大家應該都很熟悉,i^1,i^2,i^3,i^4各對應的幾何原理就是旋轉90度,180度,270度,360度。就是這樣簡單的原理卻包含著豐富的數學知識。讓我們拭目以待。

複數i與自然常數e很少分家,最經典的莫過於歐拉公式,它將複數推廣到一個更高的領域,但同樣逃不出旋轉這個概念,此時它可以表示圓周上的任意點

接著我們看e^x的級數形式,

我們將x=iθ代入,你會發現這個含有複數i的級數的幾何原理同樣表示一個旋轉,現在我們來分析

首先該無窮級數的第一項永遠是1,所以在實軸上表示出來就是

我們此處假設θ=1,第二項iθ表示逆時針旋轉90度,第三項(iθ)^2/2=-1/2,即向左移動-1/2,同理,這樣一步一步計算下去,你會發現他不斷圍繞著這個單位圓旋轉

我們此處假設θ=π,你會發現最終的結果,箭頭會到達-1,即e^iπ=-1,這與歐拉公式得到的結果完全吻合。

你可以將θ不斷加大,其結果就是這樣一圈一圈的圍繞著一個圓旋轉,最終指向一個定值

這樣的解釋將e和i有關的無窮級數,賦予了更為直觀的幾何原理。形象生動。

相關焦點

  • 泰勒級數經典之作:有關泰勒級數前幾項的幾何原理
    泰勒級數大家應該都很熟悉了,如下所示,它可以計算任意函數f(x)所有階導數在a處的值如下就是e^x在0附近時的無窮級數形式,它是最簡單的也是最有用的級數之一,它的導數就是其本身我們現在用幾何原理來解釋泰勒級數的前幾項,這是非常有趣的,可以很好地拓展我們的數學視野
  • 無窮級數:傅立葉級數原理概述
    數學中,無窮級數非常重要。它們廣泛用於計算器和計算機中。工程和科學中研究的許多現象本質上都是周期性的,例如。交流電路中的電流和電壓。可以通過傅立葉分析將這些周期函數分解為單個的組成成分(諧波)。這些特殊的三角函數的總和稱為傅立葉級數。傅立葉級數真的很有趣,因為它使用了您以前學過的許多數學技術,例如圖形,積分,微分,求和符號,三角學等。如果您遇到困難,希望這篇簡易的文章對你有所,首先了解下最基本的級數形式我們知道用泰勒級數如何將許多函數(如sin x,Inx,e^x等)重新表達為具有無限數量項的多項式。
  • 由牛頓二項式定理得到指數函數的無窮級數 - 電子通信和數學
    用現代的眼光看牛頓二項式定理簡單而美妙,但最初的數學家用它卻得到許多函數的無窮級數,這不但需要高超的數學技巧,更需要靈活的數學思維。本篇將要闡述的指數函數的無窮級數就是其中一例。當a大於1時,a的冪隨a的增加而增加,當數ω是一個無窮小時,a^ω=1,所以我們可以將a的冪寫成如下的等式關係當ψ不是無窮小時,ω就也不是無窮小,所以ψ和ω關係有三種:ψ=ω,ψ>ω,ψ<ω,所以我們可以假設ψ=Kω我們繼續得到根據二項式展開得到令i=z/ω,其中z為有限數,ω是無窮小,則i就是無窮大,ω=z/i就是一個分母為無窮大的分數
  • 無窮級數的故事
    Σ是求和公式,也是歐拉大神所創,後面這塊呢,其實之前在《有一點數學悖論:芝諾的烏龜》中提過,叫幾何級數,什麼叫級數呢?這貨跟幾何有什麼關係呢?幾何級數因為是無限相加,所以也叫無窮級數,如果「級數」這個詞看著彆扭,就理解為是無窮個數相加好了。既然是加法當然我們要求結果啦,求不出結果的式子其存在毫無意義,所以會有求不出結果的式子嗎?還真的有!
  • 奇妙的無窮級數
    當我們研究無窮級數時我們會看到什麼
  • 常數項無窮級數的性質
    接下來看看常數項無窮級數的基本性質,這些性質對於後續常數項無窮級數斂散性的判斷非常重要。1.級數收斂,一般項必趨於0第1條性質是常數項無窮級數收斂的必要條件,即若一個常數項無窮級數收斂,那麼這個級數的一般項必趨於0。換句話說,如果一個級數的一般項不趨於0,那麼這個級數必發散。用極限式表示如下:第1條性質的證明不難,小編也不多廢話。
  • 你從未注意到的,有關e的無窮級數的一個著名問題
    對於e的級數和數學篇章非常多,但有關e的更深層次的內容比較少,本篇我們就來了解e其中的一些奧秘首先從最基礎的入手如下N趨於無窮大時,有如下結論,這是一個比較常見的等式我們將上式右邊二項式展開,如N=4時,e^x就等於如果N=1000時,根據二項式展開
  • 你知道歐拉是如何發現自然常數e和有關它的無窮級數的?
    0時),a^0=1,所以這個指數可以寫成1加上某個函數,這是一個具有開創性的思維,非常值得學習,繼續延伸這一思路,如果ψ不是無窮小,那麼ω就不是無窮小,所以ψ可以寫成ψ=kω,這一思路仍然值得借鑑寫成對數的形式:其中圖中L代表的時Log(對數符號)繼續看下圖:將變換後,指數上乘以i,
  • 伽瑪函數積分與自然常數e的無窮級數之間的重要關係
    後續系列涉及的都是高等數學的內容,本篇討論伽瑪函數積分的一些應用首先e的無窮級數形式如下圖這個級數可以寫成如下圖分數的樣式,分母可以是任意一個整數的階乘,INTEGER是整數的意思,SMALL是小數的意思,這是一個非常重要的式子,它證明了e不是有理數(前面的很多文章都說明了這一點)如果分母越大,SMALL表示的小數就越小,這個很容易理解同理,e^2,e^3都可以寫成分數的樣式。
  • 數學新視野:我們用一種幾何方法闡述「沃利斯公式」的本質原理
    學過的朋友應該深刻領會它的數學原理但沃利斯並沒有嚴格的證明。波士頓學院教授馬克·裡德(Mark Reeder)解釋說:「沃利斯在猜測和直覺的指引下,以不拘一格的創新之路,以狂野而富有創造力的方式得出了π的公式。所以數學家的直覺思維在它們的創作中發揮著重要的作用。
  • 從「一切無理數可以表示為無窮級數」來談談數的來源
    常見的無理數有非完全平方數的平方根、圓周率π和自然對數e(π、e均為超越數)等。無理數的另一特徵是無限的連分數表達式。無理數最早由畢達哥拉斯學派弟子希伯索斯發現。[德國數學家萊布尼茨最早發現,π可以用級數:π/4 = 1- 1/3 + 1/5 – 1/7 + 1/9 - ……表示。自然對數e可以用級數1+1/1!+1/2!+1/3!+1/n!來表示。
  • 2020山東專升本考試:無窮級數
    2020山東專升本考試:無窮級數 有很大一批人因為數學差而對專升本望而卻步,其實數學沒有那麼可怕。而高數又是重中之重,下面帶大家一起梳理一下高數重要考點知識點。今天山東中公教育小編就整理分享:2020山東專升本考試:無窮級數的相關內容,希望對大家有所幫助。
  • 數學經典:歐拉告訴你自然常數e是如何被引入到數學中的 - 電子通信...
    歐拉在他的著作中詳細討論了自然常數e的來源和被發現的過程,主要是有二項式定理得出,這是一個非常巧妙的發現。當a>1時,a^ω隨a的增加而增加,因為a^0=1,所以當ω是無窮小時,a^ω會不斷趨於0,所以我們有這裡的ψ是無窮小,當ψ不是無窮小時,就意味著ω不是無窮小,這說明了和ψ存是相互關聯的,這裡我們讓ψ=kω,就會得到當以a為底:得到如下對數形式
  • 你知道微積分公式的無窮級數形式嗎? - 電子通信和數學
    我想用一個函數的積分的無窮級數展開來計算和。如果你一遍又一遍地重複積分的過程:如下圖繼續這個模式,我們可以用數學歸納法來證明將式(1)兩邊同時取n→∞,可以寫出無窮級數展開式我們當然可以通過定積分把兩邊的積分常數C去掉:我們可以用這個思想證明函數的泰勒級數展開式。
  • 2021考研高數必考知識點:無窮級數
    考研數學一高等數學部分佔比56%,考研數學二高等數學部分佔比786%、考研數學三高等數學部分佔比56%,所以複習衝刺階段考研生們要將大部分精力放在考點的複習上。   無窮級數   ①掌握級數的基本性質及其級數收斂的必要條件,掌握幾何級數與p級數的收斂性;掌握比值審斂法,會用正項級數的比較與根值審斂法。   ②會用交錯級數的萊布尼茲定理,了解絕對收斂和條件收斂的概念及它們的關係。 ③會求冪級數的和函數以及數項級數的和,掌握冪級數收斂域的求法.
  • 無窮級數,常微分方程,指數級數,冪級數求和.
    #數學分析#HLWRC高數不定積分求導驗證,鄉下話niaiwaha(你愛蛙哈)=聽來=梨比=隨便他。#無窮級數#冪級數求和函數,sum(n,0,inf)(x^(3n+1)/(3n+1)!),常微分方程同理可得特徵方程,指數級數自造自解...  http://t.cn/A6bQ999K。。微博@海離薇。關注我就屏蔽我吧。。。。
  • 歐拉數(e)的發展歷史——數學是上帝用來書寫宇宙的語言!
    在數學中,有一些精心挑選的神奇常數貫穿所有的分支。這些常數在我們的歷史中不斷被發現,為我們的日常生活提供了數字基礎;就像周期表中的化學元素一樣,數學中的特殊常數是基礎性的。舉幾個例子,我們有0,圓周率π, - 1 (i)的平方根,當然還有指數國王,歐拉常數「e」(~2.718)。
  • 無窮級數冪級數求和函數2.
    #無窮級數#冪級數求和函數sum(n,0,infinity)((-1)^n)(x^n)/(2n+1)分段函數分三段,arctan√x/sqrt(x)先導後積,ln((1+x)/(1-x))牛頓萊布尼茨公式。#數學分析#Σx^(2n)/(2n)!家鄉話搞出微分方程特解,哇噻我找到了chx的導數是shx...  http://t.cn/A6bW8LK5 ​​​。關注微博就屏蔽我吧@海離薇。。
  • 數學新發現:我們用直觀的幾何原理瞬間得出(tanθ)^2的積分
    如下是求曲線下面積的極坐標形式,極坐標的出現,是許多計算變得簡單,特別是面積公式既簡介又完整,本篇我們就利用極坐標來分析一個積分公式,你會感受到極坐標的無限魅力如果我們的極坐標曲線是tanθ,現在要求該曲線下的面積,那麼就是如下形式我們本篇的重點就是來求上述的定積分