欧拉公式重要性(趣谈欧拉公式和阿拉伯数字)
欧拉公式重要性(趣谈欧拉公式和阿拉伯数字)e^iπ=-1 i·0e^iπ=cosπ isinπ…(2)e^ix=cosx isinx…(1)[isinx(磁场)和 cosx(电场)互相求导,得到对方的性质,是电磁波理论的重要基础。]欧拉原式中,x是实数,当x=π时,代入(1)式得:
趣谈欧拉公式和阿拉伯数字
(清风科普于2020年10月10日)
欧拉公式:e^iπ 1=0
是世界上最神奇最简洁最完美的数学公式,被美誉为上帝创造的宇宙第一公式,蕴含着一切数学真理和奥秘。欧拉的原式:
e^ix=cosx isinx…(1)
[isinx(磁场)和 cosx(电场)互相求导,得到对方的性质,是电磁波理论的重要基础。]欧拉原式中,x是实数,
当x=π时,代入(1)式得:
e^iπ=cosπ isinπ…(2)
e^iπ=-1 i·0
e^iπ 1=0…(3)欧拉公式的表达十分简洁,实际上简洁就是一种数学美,也是一种艺术美。简洁的背后往往包含着丰富的内涵。。。
举例说明:
中国古代“序数”的表达方式:
甲乙丙丁戊己庚辛壬癸
壹贰叁肆伍陆染捌玖拾
一二三四五六七八九十
英语的:ABCDEFGHIJK。。。
one、two、three、four。。。
罗马的 :Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅻ Ⅸ Ⅹ
日语的:一つひとつ|二つふたつ|三つみっつ|。。。全都繁死了!如果把它们限制于日常生活用语表达还行,但推广应用于加减乘除计算,显然太繁杂了,严重阻碍了数学向纵深层次拓宽和发展。
阿拉伯数字表达就很简洁:1234567890
不仅有利于加减乘除,而且有利于代数函数。还能应付复杂的对数指数和数列,甚至微分积分和导数,都可以得到最完美的表达效果。这为数学的无限纵深拓展创造了最有利的条件。所以1234567890把数学的简洁性和完美性推向了极致。阿拉伯数字,最早起源于古印度,表达方式为:123456789口。古印度与古阿拉伯表达方式高度吻合,唯一区别是“零”。古印度把零写成正方形“口“,古阿拉伯把零写成椭圆形“0”。由于古代伊斯兰教与印度教战争接触,使阿拉伯数字有机会传入古代阿拉伯。
后因十字军东征,又让阿拉伯数字传入中世纪欧洲,并在欧洲大陆上发酵数百年,才孕育成熟,诞生出近代数学和高等数学。通过数学又推动了近代物理学和化学的迅猛发展。所以清风有理由认为自然科学最高成就奖(诺贝尔奖的100倍),应该首先奖励给古印度人发明创造了阿拉伯数字123456789口。
我们常说古希腊数学成就很高,从严格意义上讲,指的是《欧几里得几何学》的命题论证。但在代数方面的成就却很薄弱,原因是阿拉伯数字始终没有机会传入古希腊。那么古希腊人是如何表达 “2008年” 的呢?答案是MMVIII,多别扭啊!
古希腊的毕达哥拉斯学派,代表了代数发展的最高成就。他认为数是万物本源。“Ⅰ” 是万物之母;“Ⅱ” 是对立和否定;“Ⅲ” 是万物的形体和形式;“Ⅳ” 是宇宙创造者的象征,代表公平正义;“Ⅴ” 是奇数和偶数,也代表婚姻;“Ⅵ” 是灵魂;“Ⅶ” 是机会;“Ⅷ” 是和谐,也代表爱情;“Ⅸ” 是理性和强大;“Ⅹ” 包容一切,代表完美。
毕达哥拉斯黄金分割法:a:b=<a b>:a
毕达哥拉斯论证勾股定理:a² b²=c²
通过综上所述:我们不得不惊叹古印度人的伟大,他们把数字 “123456789口” 的简洁性和完美性推向了极致,然后再传播给古阿拉伯人。
欧拉公式也是如此,它把数学的简洁性和完美性推向了极致。欧拉公式体现了 “五元聚会” ,它把数学里面最常用的五个元素,有机地巧妙地整合到一个数学公式里。这五要素是:自然底数e,虚数单位i,圆周率π,还有两个最基础的数量单位0和1。
(1)0和1,从哲学角度代表了“无”和“有”。从玄学角度代表了“阴”和“阳”。从计算机逻辑运算,代表了二进制的“开”和“关”。从神经生理学代表了“抑制”与“兴奋”,是人类逻辑思维和丰富想象力的基础。
(2)i是虚数单位:z=a bi
其中a、b为实数,a为实部,bi为虚部,i是虚数单位。当bi≠0,而a=0时,z是纯虚数。
i¹=1,i²=-1,i³=-1,i⁴=1,i⁵=1,i⁶=-1…
(3)圆周率π,是圆周长度与直径长度之比,用希腊字母π来表示,是一个无限不循环小数,而且与e同属于超越数,其数值为:
π=3.1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679(小数点后保留100位)。
圆周率常用值π=3.14159
(谐音:山顶一寺一壶酒)
圆周率最早出现于公元前1900年至1600年的一块古巴比伦石匾: 25/8 = 3.125。
古希腊大数学家阿基米德(公元前287–212 年),开创了人类历史上通过理论计算圆周率的先河。他得出π=3.141851 的近似值。
公元263年南北朝数学家祖冲之,算出3.1415926<π<3.1415927的精确值。祖冲之计算出来的π值精度,保持世界纪录整整800年,很了不起!
到1948年英国的弗格森和美国的伦奇共同发表了π的808位小数值,刷新了人工计算圆周率世界最高纪录。
2011年10月16日,日本近藤茂利用自家电脑将圆周率计算到小数点后10万亿位,刷新了2010年8月由他本人创下的5万亿位吉尼斯世界纪录。
(4)自然常数e,也是一个无限不循环小数,而且与π同属于超越数,其数值为:
e=2.71828 18284 59045 23536 02874 71352 66249 77572 47093 69995 95749 66967 62772 40766 30353 54759 45713 82178 52516 64274(小数点后保留100位)。
e的定义:e^(iθ)=cosθ isinθ
自然常数,为什么不用abcd,而偏偏用e?因为e是自然对数函数的底数,又被称为欧拉数(Euler number)。欧拉(Euler)的第一个字母是e,所以自然常数用e,也是为了纪念瑞士伟大的数学家欧拉而命名的。再则,e是自然对数的底数,换句话说,自然对数是以e为底的对数函数。e作为指数(eonential)的第一个字母也是e。
自从1727年欧拉开始用e以后,人们对e不再陌生,e变得很常用,终于成为数学的一个稳定标准。但在这时间节点之前,e的表达方式有人用b,有人用c,的确十分混乱。
数学中的超越数,只有自然常数(e)和圆周率(π)。圆周率π,从古代中国、古希腊和古印度开始,名气如日升天,就已经非常非常之大。而自然常数e,在日常生活中不常用,知名度自然就很小很小。
其实,自然常数e在自然科学上有着广泛应用,主要表现以下几个方面:
①e对自然数的特殊意义:自然数是指x≥0的正整数。x=2n的偶数,存在以e为中心的共轭奇数组。每一组的和均为2n,而且至少存在一组是共轭素数。可以说e是素数的中心轴,而且只是奇数的中心轴。
在电路设计计算中,有很多公式都有EXP(N)或者ln(N)的计算,而这都与自然常数e 有关联。所以e被冠以最完美的 “自然数” 等美誉。
②素数定理:设x≥1,以π(x)表示不超过x的素数的个数。当x较小时,结果不是太正确;当x→∞时,这个定理会越来越精确。
③完全率:设完全图内的路径总数为W,哈密顿路总数为h,则W/h=e,这规律被称为完全率。它与圆周率π有一定的相似性:极限完全图好似图中的圆形,哈密顿路好似圆的直径。自然常数的含义是极限完全图里的路径总数和哈密顿路总数之比。
④双曲函数:双曲函数是自然常数e价值的重要体现。它可以解决很多实际问题,例如阻力落体、粒子运动等。(相当复杂,不展开讨论)。
⑤等角螺线(鹦鹉螺螺线):等角螺线在极坐标系(r θ)中,这条曲线可以写为:
r=a e^(bθ) 或 θ=ln(r/a)/b
因此也叫对数螺线,可以做为破解银河系涡旋运动的金钥匙。