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用二項式定理證明歐拉恒等式

2021-06-27 09:29 作者:中國大黃鴨鴨  | 我要投稿

  這種證明方式繞開了對復(fù)指數(shù)的求導(dǎo),繞開了對指數(shù)函數(shù)全純性的推定,用一種全新的方式對歐拉恒等式等公式進行了證明。本文是瓦解「數(shù)學(xué)虛無主義」的階段性成果,并不是最終成果。

  此處「數(shù)學(xué)虛無主義」主要指一種認為數(shù)學(xué)定理是人為定義的錯誤思潮,在歐拉恒等式上體現(xiàn)為對追求歐拉恒等式推導(dǎo)過程嚴謹化的懶惰,認為前人的證明不夠嚴謹,就斷定后人不可能有更嚴謹?shù)淖C明方法。這是懦弱無能和悲觀主義的體現(xiàn),不利于數(shù)學(xué)的發(fā)展。

  引理1:牛頓廣義二項式定理,即:%5Cleft(%20x%2By%20%5Cright)%5E%CE%B1%20%3D%20%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5E%E2%88%9E%20C_k%5E%CE%B1%20x%5E%7B%CE%B1-k%7Dy%5Ek

  其中C_k%5E%CE%B1%20%3D%20%5Cfrac%7B%20%CE%B1%20%5Cleft(%20%20%CE%B1-1%20%5Cright)%20%5Cleft(%20%20%CE%B1-2%20%5Cright)%20%5Ccdots%20%5Cleft(%20%20%CE%B1-k%2B1%20%5Cright)%7D%7Bk!%7D

牛頓的漠然


  引理2:%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bin%CE%B8%7D%3D1

  

  記p%E2%86%92%E2%88%9E,且現(xiàn)在p%3Dn%CE%B8,則%CE%B8%E2%86%9B0

  %E2%88%B4%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bin%CE%B8%7D%3D%5Clim_%7Bp%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bip%7D%20%5Cleft(%20%CE%B8%E2%86%9B0%20%5Cright)

  令%CE%B8%3D1

  %E2%88%B4%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bin%7D%3D%5Clim_%7Bp%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bip%7D

  但要注意:p是一個變量,它不可能永遠滿足p%3Dn(這是%CE%B8%3D1的情況)——它要不斷趨于%E2%88%9E。因此,我們再設(shè)%CE%B8%3D2(更趨于%E2%88%9E了)

  %E2%88%B4%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7B2in%7D%3D%5Clim_%7Bp%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bip%7D

  %E2%88%B4%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bin%7D%20%3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7B2in%7D

  記%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bin%7D%20%3D%20b

  %E2%88%B4%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%5E%7Bin%7D%20%3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%5Cfrac%7B%201%5E%7B2in%7D%20%7D%7B%201%5E%7Bin%7D%20%7D%20%3D%201%20%5Cleft(%20b%20%E2%89%A0%200%20%E2%88%A7%20b%E2%89%A0%E2%88%9E%20%5Cright)

  證畢。(其實沒有完全證畢,但至少已經(jīng)消除了幾乎所有的其它備選結(jié)果了)

李永樂老師與歐拉恒等式


  命題:歐拉公式,即:e%5E%7Bi%CE%B8%7D%20%3D%20%5Ccos%20%CE%B8%20%2B%20i%5Csin%20%CE%B8

  證

  根據(jù)引理1,得

  e%5E%7Bi%CE%B8%7D%20%3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%20%5Cleft(%201%2B%5Cfrac1n%20%5Cright)%5E%7Bin%CE%B8%7D%20%3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%20%20%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5E%E2%88%9E%20C_k%5E%7Bin%CE%B8%7D%201%5E%7Bin%CE%B8-k%7D%20%5Cfrac1n%5Ek%20

  根據(jù)引理2,得

  e%5E%7Bi%CE%B8%7D%20%3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%20%20%5Csum_%7Bk%3D0%7D%5E%E2%88%9E%20%5Cfrac%7BC_k%5E%7Bin%CE%B8%7D%7D%7Bn%5Ek%7D%20%20%3D%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%20%201%20%2B%20%5Cfrac%7Bin%CE%B8%7D%7Bn%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B(in%CE%B8)(in%CE%B8-1)%7D%7B2!n%5E2%7D%20%20%2B%20%5Ccdots

  %3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%201%20%2B%20i%CE%B8%20-%20%5Cfrac%7B%CE%B8%5E2%7D%7B2!%7D%2B%5Ccdots

  注意!上面這一步嚴格來說只有在計算級數(shù)前面的有限項時才是完備的,否則無窮小的誤差會不斷積累。然而我們不可能計算無限項,我們計算的從來都只是有限項,因此誤差不在這里,只在是否收斂的問題上。

  接著:

e%5E%7Bi%CE%B8%7D%20%3D%20%5Clim_%7Bn%5Cto%E2%88%9E%7D%20%5Ccos%20%CE%B8%20%2B%20i%20%5Csin%20%CE%B8

  以及:

e%5E%7Bi%CF%80%7D%2B1%3D0

  本文只是一個初級方案,依然存在一些直覺推定。希望大家在評論區(qū)和私信中提出細化推導(dǎo)過程的方案,up主將不勝感激。另外,那些不愿嘗試嚴謹化歐拉公式證明的「數(shù)學(xué)虛無主義」者們,我建議你們24小時躺平在床上,偶爾起床吃飯就好。這樣什么都不用嘗試,也能過得很好。

用二項式定理證明歐拉恒等式的評論 (共 條)

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