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欧拉恒等式的几何直观理解

来源:好走旅游网


欧拉恒等式的几何直观理解

欧拉恒等式

e^(iπ) + 1 = 0

被认为是数学上最优美的公式之一。如果几何直观地理解了它,那么就再也不会将之遗忘或写错。

先说一个实数可以在实数轴上用一个向量表示,向量长度表示其绝对值,而向量方向可表示其是正数还是负数。

一个实数乘以一个实数向量,还是一个实数向量,这个向量仍然在实数轴上。

要使向量脱离实数轴,向另一个维度旋转,那么,就可以乘以一个虚数i. 一个向量乘i这个代数运算,几何意义就是把向量旋转到另一个正交维度上去。

i^0, i^1,i^2,i^3,i^4, 等等,就表示原代表实数1的实单位向量,依次地每次逆时针旋转π/2, 所以结果就是1,i,-1,-i,1. 即转4次以后就回到了原位。(就像时针从3点逆转到12点,再逆转到9点,再逆转到6点,最后转回到3点。)

实单位向量保持长度不变旋转θ角度,得到一个向量,表示就是:cosθ+isinθ;再根据欧拉公式 e^(iθ) = cosθ + isinθ, 于是e^(iθ) 就代表实单位向量1旋转θ角后而得到的向量。

e^(iπ)意味着把1向量旋转π角,显然这得到的是-1,然后与1合并可抵消得到0 ,这样即可几何直观地理解欧拉恒等式。

最后要说,若想把向量旋转到其他更多的维度,一个i操作已经不够用了,需要用到多元数,如j,k等等,而且虚数已经不能表示任意的旋转,只有多阶矩阵才可以表示。

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