数学上最美的公式欧拉,欧拉公式推导全过程

前段时间完美聊了一下麦克斯韦方程,那么聊到世界上最完美的公式,就肯定离不开欧拉公式,如果说麦克斯韦方程首次让物理学界迎来了大一统,那么欧拉公式就可以被称为“公式之母”,无数数学界以及物理界的公式都是受他影响而诞生,可以说推动了数学界和物理界的大发展,数学家们更是评价它是“上帝创造的公式”。而这个公式的发明者欧拉也被誉为“数学之王”,是数学界的四大天王(“数学之神”阿基米德、牛顿、“数学王子”高斯、欧拉)。

我们先来聊聊欧拉,欧拉可以说就是为数学而生,人家9岁,就把牛顿的《自然哲学的数学原理》看完了。

13岁考入巴塞尔大学一开始是主修哲学和法律。后来觉得太容易了,太轻松了。一口气又修了数学、神学、希伯来语以及希腊语。

课余还研究音乐、物理、建筑啥的。这他都觉得大学过的很闲。花了两年时间就把六个专业学完了,然后毕业了……

顺手考了一个硕士,可能是觉得硕士学习的内容太简单了,欧拉完全提不起兴趣。心想要不然就考个博士吧。

然后硕士读了一年了就成功考取了博士。

这些欧拉才心满意足,觉得还是有点学习的价值,乖乖读了3年。19岁就成功博士毕业了。博士毕业论文就是写的物理论文。

为啥说欧拉自负傲娇气性大,因为他20岁的时候参加巴黎科学院奖金的争夺,就拿了一个第二。

欧拉啥时候受过这样的气啊,心想虽然自己比赛的时候也是洒洒水,没这么认真。也不至于就第二吧。

当年拿第一的皮埃尔·布格也是厉害人物,在多个领域有很高成就,被后世尊为“ 造船工程学之父 ”。

可惜他碰上的对手是欧拉。

欧拉很生气,后果很愤怒。接下来12年,建筑大赛的冠军都被欧拉拿了。

到了33岁,欧拉才觉得气消,不再参与比赛。27岁那年,他发明了一系列对人类影响深远的符号——圆周率的符号π、函数符号f(x)、以及三角学符号sin、cos、tg等等都是他发明的。

欧拉凭一己之力,成功为中国数学教材贡献了无数的知识点。让中国学生在中考、高考的数学火海里苦苦挣扎,然而,这只是人家做的一点点微博贡献。

从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式都是他送给理科系大学生的礼物。

还有哥德巴赫猜想也是哥德巴赫写信给欧拉时提出的。现在流行的版本是欧拉记载下来的。

哥德巴赫写给欧拉的信

欧拉在数学的勤奋还有天赋真的是前无古人。号称科研就和生活一样。可能在喝一杯水的时候,就立马想处一个公式来了。

另外,他还顺便创造了几个全新的学科:拓扑学、弹道学、分析力学,还自学成为了制图学家。全欧洲的天文学家正在讨论该如何计算彗星的轨道,100多个专家苦苦尝试却毫无进展。

27岁的欧拉听说了这件事之后,得瑟之心油然而生,为了显摆自己的智商,他连续三天不吃不喝不睡,搞出了一套计算彗星轨道的方法。

然而天道好轮回,天才也缴税,由于连续三天没合眼,他的右眼劳累过度,瞎掉了…

不过他表示还可以再坚持一下,30岁的独眼欧拉出版了震古烁今的巨著《力学,或解析地叙述运动的理论》,提出了质点的概念。

还在速度与加速度问题上引入了矢量,一系列巨大成果,改变了人类发展的走向。

32岁时候,很久没有跨界的他,心里痒痒的,于是出版了一部音乐理论著作,顺便发明了,空气动力学和流体动力学。。

在59岁的时候,欧拉彻底瞎了,但是欧拉觉得好像解放了新世界。虽然看不清楚,没有办法计算,但是欧拉强悍的心算能力弥补了这一点。

欧拉的记忆力和心算能力是罕见的,他能够复述年青时代笔记的内容。

而且老年时期还能清楚记得维吉尔的史诗《埃涅阿斯纪》,这本书有多厚呢,人民出版社翻译的中文版共有300多页。

欧拉可以清晰记得哪一句在哪一页哪一段哪一行。

有一个例子足以说明他的本领,欧拉的两个学生把一个复杂的收敛级数的17项加起来,算到第50位数字,两人相差一个单位。

欧拉为了确定究竟谁对,用心算进行全部运算,最后把错误找了出来.欧拉在失明的17年中;还解决了使牛顿头痛的月离问题和很多复杂的分析问题.欧拉以惊人的记忆力还有能力解决了需要计算的难题,写东西更勤快了。还创立了分析力学和刚体力学

他喜欢拿自己的小孩做背板,然后在那里计算。就和这幅图一样。

1771年,64岁的欧拉因为彼得堡的大火灾殃及欧拉住宅,带病而失明的64岁的欧拉被围困在大火中。

虽然他被别人从火海中救了出来,但他的书房和大量研究成果全部化为灰烬了。

记忆力惊人的欧拉表示,烧掉了有什么,我再重新写出来不就好了。

他抓紧这最后的时刻,在一块大黑板上疾书他发现的公式,然后口述其内容,由他的学生特别是大儿子A·欧拉(数学家和物理学家)笔录。

然而即使欧拉奋战了13年,依然才整理出来一小部分被烧毁的成果,可以说如果不是这场大火,那么欧拉遗留下来的成果你想想对文明的进步会有多大的发展。

他大火之后整理出来的小部分成果共包括886本书籍和论文,其中分析、代数、数论占40%,几何占18%,物理和力学占28%,天文学占11%,弹道学、航海学、建筑学等占3%,彼得堡科学院为了整理他的著作,足足忙碌了四十七年。

以欧拉命名的公式与定理,足足有数十个。这其中最为知名的就是我们的主体“欧拉公式”,这条恒等式第一次出现于1748年欧拉在洛桑出版的书Introduction,它是复分析的欧拉公式特例。。

欧拉公式并没有多复杂,反而方程简单,有点像武林高手,达到了最高境界,返璞归真一样的感觉。

看起来是不是特别地简单,但是这个公式在以前即使是许多的数学界穷尽一生都很难琢磨明白,它将数学里最重要的几个常数联系到了一起:两个超越数: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,以及数学里常见的0。

那么为什么说这个公式非常复杂呢?因为你可以用非常多不同的方式去证明它,你既可以用数学归纳法证明,也可以用推理证明,也可以分式推导,还可以用复变函数求证,甚至你可以用 平面几何学、 物理学、拓扑学来推证。所以才说他蕴含了所有的数学元素,甚至蕴含了宇宙的至理法则。

自然数也被称为欧拉数的“e”含于其中。 自然对数的底、素数定理、完全率、阻力落体、粒子运动,大到飞船的速度,小至蜗牛的螺线,都蕴含着“e”

而另外一个超越数,π,大家相比很清楚了,就是圆周率。这两个超越数都是欧拉发明的。

也包含了最重要的运算符号 ,最重要的关系符号 = 。而0和1,是构造群,环,域的基本元素,也是构造代数的基础。 而虚单位 i 使数轴上的问题扩展到了平面,在哈密尔的 4 元数与 凯莱的 8 元数中也离开不了它。

所以你明白为什么这个公式非常之复杂了吗?也正是因为其涵盖范围如此广泛,如三角函数、傅里叶级数、泰勒级数、概率论、群论等受到了它的影响。它同样对物理学影响也非常巨大,如机械波论、电磁学、波动光学以及引发了电子学革命的量子力学的理论基础也蕴含其中。也将物理学中的圆周运动、简谐振动、机械波、电磁波、概率波等联系在了一起……

举一个例子,你可以使用欧拉公式将三角函数转换为指数(由泰勒级数易得):

sinx=[e^(ix)-e^(-ix)]/(2i) cosx=[e^(ix) e^(-ix)]/2 tanx=[e^(ix)-e^(-ix)]/[ie^(ix) ie^(-ix)]

cosα=1/2[e^(iα) e^(-iα)]sinα=-i/2[e^(iα)-e^(-iα)]

泰勒展开有无穷级数,e^z=exp(z)=1+z/1!+z^2/2!+z^3/3!+z^4/4!+…+z^n/n!+… 此时三角函数定义域已推广至整个复数集。可以说欧拉公式将指数函数的定义域扩大到了复数域,建立了三角函数和指数函数的关系,被誉为“数学中的天桥”。

还可以把它扩展为时间的函数。(引用至CSDN xieyan0811 )

加入了t,把e^(ix)想成e^(iwt),t是时间,w是系数。把平面上的转圈扩展成了空间中的转圈,纵轴表示时间t,两个横轴分别为实部(cos(t))和虚部(sin(t)),蓝线经过的点是e^ix,即,把时域上的e^ix分别投射到了实轴cos(t)和虚轴sin(t),它们都是时间t的函数.图中可看到正余和余弦的投射(红/绿)。如果用python做3D图,拖动旋转角度效果更直观.这就是傅立叶变换原理:将时域值拆分映射到频域,通过三角函数的叠加表示。

还有拓扑学里的欧拉公式

v f-e=x(p),v是多面体p的顶点个数,f是多面体p的面数,e是多面体p的棱的条数,x(p)是多面体p的欧拉示性数。 如果p可以同胚于一个球面(可以通俗地理解为能吹胀而绷在一个球面上),那么x(p)=2,如果p同胚于一个接有h个环柄的球面,那么x(p)=2-2h。 x(p)叫做p的欧拉示性数,是拓扑不变量,就是无论再怎么经过拓扑变形也不会改变的量,是拓扑学研究的范围。

所以看完之后,你就能知道为什么欧拉公式被誉为“上帝创造的公式”了吧,很多数学家甚至物理学家都从欧拉公式里得到了启发,高斯曾经说:“一个人第一次看到这个公式而不感到它的魅力,他不可能成为数学家。”

物理学家查德·费曼惊呼:欧拉恒等式不但是“数学最奇妙的公式”,也是现代物理学的定量之跟。

只是不知道为数学而痛苦的各位,是不是看到这个公式十分气愤,毕竟很多我们中高考大学的公式都是受它影响~

数学上最美的公式欧拉,欧拉公式推导全过程

丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?

丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?在漫漫历史长河中,总有这样一群人:他们有着精深的智慧,远大的抱负,无比坚强的毅力。他们为社会的发展作出了杰出的贡献,为后世的人们作出了表率,对后世有着深远的影响。他们的名字为后世所知,人们永远记着他们。这,就是名人。今天带大家一起了解两位名人数学成果带给我们的超级震撼。

数学界的超级明星,欧拉大神,在数学领域内,18世纪可正确地称为他的世纪。等级:大神;类型:统治时代;风格: 世界第一流的数学应用技巧大师;留给后世数学家就业岗位: 推广哥德巴赫猜想。

丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?在数学领域内,18世纪可正确地称为欧拉世纪。欧拉是18世纪数学界的中心人物。他是继牛顿(Newton)之后最重要的数学家之一。《历史上最有影响的100人》之一。

丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?

最伟大的数学公式:欧拉公式 不论是高等数学还是大学物理,欧拉公式都如影随形。因为其重要性和划时代意义,Euler Formula(欧拉公式)有着很多了不起的别称,例如“上帝公式”、“最伟大的数学公式”、“数学家的宝藏”等等。高斯曾经说:“一个人第一次看到这个公式而不感到它的魅力,他不可能成为数学家。”

丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?

欧拉公式!催生了数学与物理学大革命。如果说麦克斯韦方程首次让物理学界迎来了大一统,那么欧拉公式就可以被称为“公式之母”,无数数学界以及物理界的公式都是受他影响而诞生,可以说推动了数学界和物理界的大发展,数学家们更是评价它是“上帝创造的公式”。而这个公式的发明者欧拉也被誉为“数学之王”,是数学界的四大天王(“数学之神”阿基米德、牛顿、“数学王子”高斯、欧拉)。

欧拉公式在数学、物理和工程领域应用广泛。物理学家理查德·费曼(Richard Phillips Feynman)将欧拉公式称为:“我们的珍宝”和“数学中最非凡的公式”。丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?

此外欧拉还涉及建筑学、弹道学、航海学等领域。瑞士教育与研究国务秘书Charles Kleiber曾表示:“没有欧拉的众多科学发现,今天的我们将过着完全不一样的生活。”

丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon marquis de Laplace)曾这样评价欧拉对于数学的贡献:“读欧拉的著作吧,在任何意义上,他都是我们的大师”。“天才在于勤奋,欧拉就是这条真理的化身。

”李文林表示,“很多科学家都很勤奋,而欧拉最为典型。他失明后的十多年都是在完全看不见的情况下作研究。欧拉心算能力很强,可以通过口述让别人记录。有一次欧拉的两个学生算无穷级数求和,算到第17项时两人在小数点后第50位数字上发生争执,欧拉这时进行心算,迅速给出了正确答案。”丘成桐和高斯相对比,谁在数学界的贡献最大?

数学上最美的公式欧拉,欧拉公式推导全过程

“数学英雄”欧拉的天才之作—欧拉公式,为啥被称为宇宙第一公式?

欧拉公式对于学习数学的人来说都不会陌生,他被数学家们称为“最美公式”、“上帝创造的公式”,甚至还有人说它是宇宙第一公式。这个公式不仅蕴含着数学思想,并且还包含了宇宙的哲理,欧拉将最基本的五个常数组在一起,却形成了如此优美的公式。它可能是让高中生甚至大学生最为头疼的,但是它是每个数学领域的财富。

数学英雄–莱昂哈德欧拉

欧拉是著名的数学家、自然科学家。1707年在瑞士出生的欧拉,在13岁就入读了巴塞尔大学,16岁就获得了硕士学位,年轻有为。

而且他在数学界的成就是无人能及的,每一个数学领域都可以看到欧拉的影子,欧拉也是解析数论的奠基人,就是我们所了解的欧拉公式,建立了数论和分之间的联系,同时欧拉也是历史最多产的数学家,现存的欧拉所留下的数学笔记就要比很多数学家一起写的还多,甚至还有的手稿在意外中丢失,不得不说欧拉是数学界中数一数二的天才。

欧拉公式–e^iπ+1=0

在这个公式里,都是平日里我们所见的常数,可以说有学习过数学的人见了都不会陌生。

了解两个超越数:自然对数的底e和圆周率Π,两个单位:虚数单位i和自然数的单位1,还有就是我们最最常见甚至幼儿园小朋友都认识的0,就是这些最为基础且普通的常数,在欧拉的手下成为几个世纪以来最美的发现。

这个公式不仅仅代表着数学思想,也有欧拉对自然的思考,e代表着自然,Π代表着无限循环的可能,i代表着虚拟的想象,1是万物的起点,0则是万物的终点。大自然充满着无限的想象,但最后都会回归终点,想必这才是欧拉公式中最想表达的。

为啥欧拉公式就是宇宙第一公式?

虽然这种说法比较夸大,毕竟宇宙的奥秘我们还有很多没有探索,但是这也说明了在几个世纪中,欧拉带给人们的影响是多么的深刻。欧拉公式最大的成功就在于,它涉及的方面、领域广泛,它不仅推动了数学的发展,而且让人们有了哲学方面的思考。更是有数学家高斯曾说:“一个人第一次看到这个公式如果感受不到它的魅力,他不可能时数学家”。

总之,我们对宇宙的了解是有无限可能的,所以我们现在科技的发展,都是在探索奥秘的路上,在未来的某一天我们可能会看到宇宙的尽头,看到宇宙的终点,那时也许我们也就回归到了最初的起点,看到了一切诞生时的样子。

未经允许不得转载:股市行情网 » 数学上最美的公式欧拉,欧拉公式推导全过程

相关文章

评论 (0)