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

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