欧拉公式的证明(整理)Word版
欧拉公式的几何证明
欧拉公式的几何证明
嘿呀，咱来说说欧拉公式的几何证明哈！欧拉公式那可是超级厉害的，就是e^(iθ)=cosθ+isinθ。
比如说吧，就像我们在生活中遇到一个特别复杂的迷宫，你觉得很难走出去，但是突然有了一条神奇的线索，一下子就豁然开朗啦！这欧拉公式就有点像这样神奇的线索！
我们来想想看哈，cosθ和sinθ 多熟悉啊，它们就像是我们的老朋友，在三角函数的世界里经常碰面。
然后呢，e^(iθ)就像是突然冒出来的神秘嘉宾，但它其实和我们的老朋友有着紧密的联系呢！
比如说，当θ=π的时候，e^(iπ)=-1，哇塞，这不是很神奇吗？就好像你原本以为不相干的几样东西，突然之间发现它们有着如此紧密而奇妙的关联，是不是特别有意思呀！这就是欧拉公式的魅力所在呀！你难道不觉得很惊叹吗！。
欧拉函数证明过程
欧拉函数证明过程
欧拉函数是一个重要的数论函数,用来计算小于或等于某个正整数n 的所有与n互质的正整数的个数。
欧拉函数记作φ(n),其定义为:
φ(n) = |{k∈N|1≤k≤n且gcd(k,n)=1}|
其中,gcd(k,n)表示k和n的最大公约数。
欧拉函数的证明过程如下:
1. 先证明当n是质数时,φ(n)=n-1。
证明:对于任意一个质数n,小于或等于n的正整数中,只有1和n本身与n不互质。
其余的n-1个数(2,3,...,n-1)都与n互质。
因此,φ(n)=n-1。
2. 再证明当n=p^k(p为质数,k为正整数)时,φ(n)=p^k-p^(k-1)。
证明:根据算术基本定理,n=p^k可以唯一分解为p的k次幂的形式。
那么小于或等于n的正整数中,与n不互质的数就是p的所有非零次幂,共有p^(k-1)个。
其余的p^k-p^(k-1)个数都与n互质。
因此,φ(n)=p^k-p^(k-1)。
3. 对于一般的正整数n,利用算术基本定理,将n分解为不同质数的幂的乘积:n=p_1^(k_1)*p_2^(k_2)*...*p_r^(k_r)。
根据乘法函数的性质,有:
φ(n)=φ(p_1^(k_1))*φ(p_2^(k_2))*...*φ(p_r^(k_r))
=(p_1^(k_1)-p_1^(k_1-1))*(p_2^(k_2)-p_2^(k_2-1))*...*(p_r^(k_r)-p_r^(k_r-1))
这就是著名的欧拉函数计算公式。
通过上述三步,我们就完整地证明了欧拉函数的计算方法。
(完整word版)球面三角形的面积与欧拉公式
§6 球面三角形的面积与欧拉公式问题提出1.如何计算球面三角形的面积？球面三角形面积与平面三角形面积有什么区别？2.如何利用球面三角形面积公式证明球面多面体的欧拉公式？3.如何利用球面知识证明简单多面体的欧拉公式？6.1球面二角形与三角形的面积我们知道，若球面半径为R ，则球面面积为24S R π=，现在考虑球面上的一个小区域：球面上由两个大圆的半周所围成的较小部分叫做一个球面二角形。
如图所示，大圆半周PAP '和PBP '所围成的阴影部分就是一个球面二角形。
显然P 和P '是对径点，大圆半周'PAP 和'PBP 称为球面二角形的边。
球面角P P '∠=∠称为球面二角形的夹角。
如果大圆弧AB 以P 和P '为极点，AB 所对的球心角为α，则P P '∠=∠=α。
例1 计算地球上一个时区所占有的面积。
解 如图所示，设O 为地心，N 、S 为北极点和南极点，A 、B 为赤道上两点，且15AOB ∠=，地球半径为R=6400km ，根据地理知识，地球共分为24个时区，一个时区跨越地球表面15，所以由经线NAS 与经线NBS 围成的二角形就是一个时区，它所占面积为地球表面积的15136024=， 即 22241640021446605.85246R km ππ=⨯⨯≈ 如何计算一般球面二角形的面积？1． 二角形的夹角α，就是平面PA P '与PB P '所夹的二面角的平面角；2． 这个二角形可以看成半个大圆PAP '绕直径P P '旋转α角所生成；3． 球面二角形的面积与其夹角成比例。
设这个二角形得面积为U ，则42U αππ=即 2U α=抽象概括：球面上，夹角为α的二角形的面积为2U α=。
如何计算球面三角形的面积？设()S ABC 表示球面三角形ABC 的面积，1． 对球面三角形ABC ，分别画出三条边所在的大圆。
欧拉公式19种证明
欧拉公式19种证明欧拉公式是数学中的一个重要公式，它的表达式为e^(ix)=cos(x)+i*sin(x)，其中e表示自然对数的底数2.71828…，i表示虚数单位。
欧拉公式有多种证明方法，下面我们将介绍其中19种常见的证明方法。
1. 泰勒级数证明法：利用泰勒级数展开式展开e^(ix)和cos(x)+i*sin(x)，然后将它们相等的系数进行比较，即可得出欧拉公式。
2. 复合函数证明法：将e^(ix)看作复数函数f(x)=e^x，将cos(x)和sin(x)看作f(x)的实部和虚部，则有f(ix)=cos(x)+i*sin(x)，即e^(ix)=cos(x)+i*sin(x)。
3. 微积分证明法：将欧拉公式两边分别对x求导，得到ie^(ix)=-sin(x)+i*cos(x)，再将其两边同时乘以i，即可得到欧拉公式。
4. 积分证明法：将欧拉公式两边同时积分，得到e^(ix)/i=-sin(x)/i+cos(x)，再将其两边同时乘以i，即可得到欧拉公式。
5. 欧拉级数证明法：将e^(ix)和cos(x)+i*sin(x)的泰勒级数展开式进行对比，即可得到欧拉公式。
6. 幂级数证明法：将e^(ix)和cos(x)+i*sin(x)的幂级数展开式进行对比，即可得到欧拉公式。
7. 矩阵证明法：构造一个2x2矩阵，使其特征值为e^(ix)和e^(-ix)，然后求解该矩阵的本征向量，即可得到欧拉公式。
8. 矩阵幂证明法：将e^(ix)表示为矩阵的形式，然后对该矩阵进行幂运算，即可得到欧拉公式。
9. 极限证明法：将e^(ix)表示为极限的形式，然后通过极限的性质推导出欧拉公式。
10. 解微分方程证明法：将e^(ix)看作微分方程y'=iy的解，并利用欧拉公式将其转化为y=cos(x)+i*sin(x)，即可得到欧拉公式。
11. 解偏微分方程证明法：将e^(ix)看作偏微分方程u_t+iu_x=0的解，并利用欧拉公式将其转化为u=cos(x-t)+i*sin(x-t)，即可得到欧拉公式。
证明欧拉公式
证明欧拉公式欧拉公式简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系V+F-E=2这个公式叫欧拉公式。
公式描述了简单多面体顶点数、面数、棱数特有的规律。
认识欧拉欧拉，瑞士数学家，13岁进巴塞尔大学读书，得到著名数学家贝努利的精心指导．欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家，他从19岁开始发表论文，直到76岁，他那不倦的一生，共写下了886本书籍和论文，其中在世时发表了700多篇论文。
彼得堡科学院为了整理他的著作，整整用了47年。
欧拉著作惊人的高产并不是偶然的。
他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神，可以使他在任何不良的环境中工作：他常常抱着孩子在膝盖上完成论文。
即使在他双目失明后的17年间，也没有停止对数学的研究，口述了好几本书和400余篇的论文。
当他写出了计算天王星轨道的计算要领后离开了人世。
欧拉永远是我们可敬的老师。
欧拉研究论著几乎涉及到所有数学分支，对物理力学、天文学、弹道学、航海学、建筑学、音乐都有研究！有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等是以欧拉名字命名的。
欧拉写的数学教材在当时一直被当作标准教程。
19世纪伟大的数学家高斯（Gauss，1777-1855）曾说过“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法”。
欧拉还是数学符号发明者，他创设的许多数学符号，例如π，i，e，sin，cos，tg，∑，f (x)等等，至今沿用。
欧拉不仅解决了彗星轨迹的计算问题，还解决了使牛顿头痛的月离问题。
对著名的“哥尼斯堡七桥问题”的完美解答开创了“图论”的研究。
欧拉发现，不论什么形状的凸多面体，其顶点数V、棱数E、面数F之间总有关系V+F-E=2，此式称为欧拉公式。
V+F-E即欧拉示性数，已成为“拓扑学”的基础概念。
那么什么是“拓扑学”？欧拉是如何发现这个关系的？他是用什么方法研究的？今天让我们沿着欧拉的足迹，怀着崇敬的心情和欣赏的态度探索这个公式......欧拉定理的意义（1）数学规律：公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律（2）思想方法创新：定理发现证明过程中，观念上，假设它的表面是橡皮薄膜制成的，可随意拉伸；方法上将底面剪掉，化为平面图形（立体图→平面拉开图）。
(word完整版)用欧拉公式证明只有五种正多面体
用欧拉公式证明：正多面体
正多面体只有正四面体、正八面体、正六面体、正十二面何等和正二十面体五种。
我们现在来证明,最多只有5个正多面体（如图)
至于确有5个正多面体存在，那是早就知道的事(古希腊柏拉图(Plato）时候)。
图形以及制造模型方法,可以参看史泰因豪斯（Steinhaus)著《数学万花镜》。
①
证明对于正多面体，假设它的各面都是正n边形，而且每一个顶角处有r个边相遇。
这样就有:
nF=2E (1）
rV=2E (2)
(1）的右边系数2是因为每边出现在2面中，（2）的右边系数2是因为每边通过2个顶角。
把（1）和（2）代入欧拉公式中，就得到：
或
（3）
显然n≥3,r≥3,因为多边形至少有三边，而在每顶角处也至少有三边。
但n＞3，且r＞3又是不可能的，因为那样就要有 ,可是E＞0。
所以r和n中至少有一个等于3。
设n=3,那末，因此r=3,4，5，由是E=6，12,30，而F=4，8，20,这就给出了正四面体，正八面体和正二十面体。
设r=3，那末，因此n=3,4，5,由是E=6，12，30，而F=4，6，12，这就给出了正四面体,正六面体(即立方体）和正十二面体.。
欧拉公式
方法一是不严格的。
再 请看这2个积分
∫sqrt(x^2-1)dx=x*sqrt(x^2-1)/2-ln(2*sqrt(x^2-1)+2x)/2
∫sqrt(1-x^2)dx=arcsin(x)/2+x*sqrt(1-x^2)/2;
上式左边相当于下式左边乘以i
于是上式右边相当于下式右边乘以i
u'(θ)=logae 4
4取积分有:
T=(logae)*θ+Ψ 5
θ→0时,t=limt=Ψ,带入3有:
a^(iΨ)=1 即:
Ψ=0 6
6代入5有:
T=(logae)*θ 7
7代入3有:
[a^(logae)]^(iθ)=cosθ+isinθ 化简得欧拉公式:
方法一：用幂级数展开形式证明，但这只是形式证明（严格的说，在实函数域带着i只是形式上的） （就是q239urju空间里的那个）
再抄一遍： 设z = x+iy 这样 e^z = e^(x+iy)=e^x*e^(iy),就是e^z/e^x = e^(iy)
用牛顿幂级数展开式
e^x = 1+x+x^2/2!+x^3/3!+.....+x^n/n!+......
把 e^(iy) 展开，就得到
e^z/e^x = e^(iy)
=1+iy-y^2/2!-iy^3/3!+y^4/4!+iy^5/5!-y^6/6!-.....
=(1-y^2/2!+y^4/4!-y^6/6!+.....)
+i(y-y^3/3!+y^5/5!-....)
欧拉公式证明
多面体欧拉定理：定理简单多面体的顶点数V、棱数E及面数F间有关系对于简单多面体，有著名的欧拉公式:V-E+F=2简单多面体即表面经过连续变形可以变为球面的多面体。
欧拉定理：定理简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系V+F-E=2；公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律。
定理的证明：分析：以四面体ABCD为例。
将它的一个面BCD去掉，再使它变为平面图形，四面体的顶点数V、棱数E与剩下的面数F1变形后都没有变（这里F1=F-1）。
因此，要研究V、E 和F的关系，只要去掉一个面，将它变形为平面图形即可。
只需平面图形证明：V+F1-E=1；（1）去掉一条棱，就减少一个面，V+F1-E的值不变。
例如去掉BC，就减少一个面ABC。
同理，去掉棱CD、BD，也就各减少一个面ACD、ABD，由于V、F1-E的值都不变，因此V+F1-E的值不变；（2）再从剩下的树枝形中，去掉一条棱，就减少一个顶点，V+F1-E的值不变。
例如去掉CA，就减少一个顶点C。
同理去AD就减少一个顶点D，最后剩下AB。
在以上变化过程中，V+F1-E的值不变，V+F1-E=2-0-1=1，所以 V+F-E= V+F1-E+1=2。
对任意的简单多面体，运用这样的方法，都是只剩下一条线段。
公式对任意简单多面体都是正确的。
欧拉定理又一证法：多面体，设顶点数V，面数F，棱数E。
剪掉一个面，将其余的面拉平，使它变为平面图形，我们在两个图中求所有面的内角总和Σα。
一方面，利用面求内角总和。
设有F个面，各面的边数分别为n1,n2，…，nF，各面的内角总和为：Σα = [(n1-2)•180+(n2-2)•180+…+(nF-2)•180] = (n1+n2+…+nF -2F)•180 =(2E-2F)•180= (E-F)•360（1）另一方面，在拉开图中，利用顶点来求内角总和。
设剪去的一个面为n 边形，其内角和为(n-2)•180，则所有V个顶点中，有n个顶点在边上，V-n个顶点在中间。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
欧拉公式的证明
著名的欧拉公式e^(iθ)=cosθ+isinθ是人们公认的优美公式。
原因是指数函数和三角函数在实数域中几乎没有什么联系，而在复数域中却发现了他们可以相互转化，并被一个非常简单的关系式联系在一起。
特别是当θ=π时，欧拉公式便写成了e^(iπ)+1=0,就这个等式将数中最富有特色的五个数0，1，i , e , π ,绝妙地联系在一起
方法一：用幂级数展开形式证明，但这只是形式证明（严格的说，在实函数域带着i只是形式上的）
再抄一遍：设z = x+iy 这样 e^z = e^(x+iy)=e^x*e^(iy),就是e^z/e^x = e^(iy)
用牛顿幂级数展开式
e^x = 1+x+x^2/2!+x^3/3!+.....+x^n/n!+......
把 e^(iy) 展开，就得到
e^z/e^x = e^(iy)
=1+iy-y^2/2!-iy^3/3!+y^4/4!+iy^5/5!-y^6/6!-.....
=(1-y^2/2!+y^4/4!-y^6/6!+.....)
+i(y-y^3/3!+y^5/5!-....)
由于 cosy = 1-y^2/2!+y^4/4!-y^6/6!+.....,
siny = y-y^3/3!+y^5/5!-....
所以 e^(x+iy)=e^x*e^(iy)=e^x*(cosy+isiny)
即 e^(iy) = (cosy+isiny)
方法二：见复变函数第2章，在整个负数域内重新定义了sinz cosz而后根据关系推导出了欧拉公式。
着个才是根基。
由来缘于此。
方法一是不严格的。
再请看这2个积分
∫sqrt(x^2-1)dx=x*sqrt(x^2-1)/2-ln(2*sqrt(x^2-1)+2x)/2
∫sqrt(1-x^2)dx=arcsin(x)/2+x*sqrt(1-x^2)/2;
上式左边相当于下式左边乘以i
于是上式右边相当于下式右边乘以i
然后化简就得到欧拉公式
这个证明方法不太严密
但很有启发性
历史上先是有人用上述方法得到了对数函数和反三角函数的关系
然后被欧拉看到了,才得到了欧拉公式
设a t θ ЄR,ρЄR+,a^(it)Єz有:
a^(it)=ρ(cosθ+isinθ) 1
因共轭解适合方程,用-i替换i有:
a^(-it)=ρ(cosθ-isinθ) 2
由1,2得ρ=1,点P[a^(it)]在单位圆上,a^(it)可表达为:
a^(it)=cosθ+isinθ 3
设t=u(θ),对3微商有:
[a^(it)]*(lna)*u'(θ)*i=-sinθ+icosθ 整理有:
[a^(it)]*(lna)*u'(θ)*i=(cosθ+isinθ)(cosπ/2+isinπ/2)约去a^(it)有: u'(θ)=logae 4
4取积分有:
T=(logae)*θ+Ψ 5
θ→0时,t=limt=Ψ,带入3有:
a^(iΨ)=1 即:
Ψ=0 6
6代入5有:
T=(logae)*θ 7
7代入3有:
[a^(logae)]^(iθ)=cosθ+isinθ 化简得欧拉公式:
e^(iθ)=cosθ+isinθ
（后两者才是真正让我震惊的！！！！）。