Logo strony doKwadratu

WZORY EULERA

Twierdzenie (Tożsamość Eulera)

Wzór Eulera ma postać: \[\large e^{i\varphi}=\cos\varphi+i\sin\varphi\] gdzie:
\(i\) - jest jednostką urojoną
\(\varphi\in \mathbb{R}\) - liczba rzeczywista

Wzór ten został opublikowany w tej formie w 1743 roku (w różnych źródłach mozna spotkać różne daty) przez Leonharda Eulera (szwajcarski matematyk i fizyk 1707 - 1783). Dowód wzoru oparł na równości szeregów po obu stronach tożsamości.
Dowód
"uproszczony"
Poniżej rozwinięte w szereg potęgowy funkcje:   \(e^x\,\,\,\ \sin x\,\,\,\ \cos x\)

\(e^x=1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+\frac{x^4}{4!}+\cdots \)

\(\sin x=x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\frac{x^7}{7!}+\cdots \)

\(\cos x=1-\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\frac{x^6}{6!}+\cdots \)

W szczególności jeżeli \(x=i\varphi\) wówczas:

\(e^{i\varphi}=1+i\varphi+\frac{(i\varphi)^2}{2!}+\frac{(i\varphi)^3}{3!}+\frac{(i\varphi)^4}{4!}+\cdots=\) \((1-\frac{\varphi^2}{2!}+\frac{\varphi^4}{4!}-\cdots)+i(\varphi-\frac{{\varphi}^3}{3!}+\frac{{\varphi}^5}{5!}-\cdots)=\) \(\cos\varphi+i\sin\varphi\)

Interpretacja geometryczna liczby \(e^{i\varphi}=\cos\varphi+i\sin\varphi\)


Ilustracja geometryczna liczby e do potęgi i fi Jest to liczba leżąca na okręgu o promieniu jeden.

Twierdzenie (Wzory Eulera wiążące funkcje trygonometryczne z funkcją wykładniczą)

Niech \(x\in \mathbb{R}\). Wówczas zachodzą wzory:


\(\large\displaystyle \cos x=\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}\)       \(\large\displaystyle\sin x=\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}\)
Dowód
Wzory można wyprowadzić tworząc układ równań

\(\left\{\begin{matrix} e^{i\varphi}=& \cos\varphi+i\sin\varphi\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \\ e^{-i\varphi}= &\cos(-\varphi)+i\sin(-\varphi) \end{matrix}\right.\)

Korzystając z własności parzystości i nieparzystości funkcji trygonometrycznych:

\(\left\{\begin{matrix} e^{i\varphi}=& \cos\varphi+i\sin\varphi \\ e^{-i\varphi}= &\cos\varphi-i\sin\varphi \end{matrix}\right.\)

Dodając i odejmując stronami układ równań otrzymujemy:

\(e^{ix}+e^{-ix}=2\cos x\)

\(e^{ix}-e^{-ix}=i2\sin x\)

Po podzieleniu stronami równań przez  \(2\)  i  \(i2\)  otrzymamy ostatecznie:

\(\displaystyle\cos x=\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}\)

\(\displaystyle\sin x=\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i}\)


WZORY EULERA - ZADANIA

Zadanie 1
Oblicz wartości podanych wyrażeń i zaznacz je na płaszczyźnie zespolonej: a)   \(e^{i\frac{\pi}2}\)   b)   \(e^{-i{\pi}}\)

Rozwiązanie



Zadanie 2
Oblicz wartości podanych wyrażeń i zaznacz je na płaszczyźnie zespolonej: a)   \(e^{i\frac{5\pi}6}\)   b)   \(e^{i}\)

Rozwiązanie



Zadanie 3
Korzystając ze wzorów Eulera wyrazić   \(\sin^2x\)   w zależności od sinusów lub cosinusów wielokrotności kąta x

Rozwiązanie



Zadanie 4
Korzystając ze wzorów Eulera wyrazić   \(\cos^3x\)   w zależności od sinusów lub cosinusów wielokrotności kąta x

Rozwiązanie


→ dalej Postać wykładnicza liczby zespolonej →

← wstecz Wzór de Moivre'a ←