棣莫弗定理
数学术语
棣莫弗定理由法国数学家棣莫弗(1667-1754年)创立。指的是设两个复数(用三角函数形式表示)Z1=r1(cosθ1+isinθ1),Z2=r2(cosθ2+isinθ2),则:Z1Z2=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)]。
科学原理
设两个复数(用三角形式表示) ,则:
定理证明
证:先讲一下复数的三角形式的概念。在复平面C上,用向量 来表示复数 。于是,该向量可以分成两个在实轴、虚轴上的分向量。如果向量 与实轴正方向的夹角为 ,那么这两个分向量分别等于 (其中 )。所以,复数Z可以表示为 。这里θ称为复数Z的辐角。
其实该定理可以推广为一般形式。
推广形式
设n个复数
则:
乘方形式
在一般形式中如果令 ,则能导出复数乘方公式:.
特别的,当r=1时,则得到著名的棣莫佛(De Moivre)公式:
乘方形式证明
对n∈Z*,采用数学归纳法证明。
①当n=1时,等式明显成立
②设当n=k时等式成立,则当n=k+1时
即当n=k+1时等式也成立
综上,对于任意正整数n,都有
与欧拉公式的联系
如果把棣莫弗定理和欧拉(Euler)公式 (参见《泰勒公式》,严格的证明需要复分析)放在一起看,则可以用来理解欧拉公式的意义。
利用棣莫弗定理有:
如果可以把所有的复数改写成指数的形式,即
这和指数的可加性一致。
棣莫弗简介
棣莫弗,A.(De Moivre,Abraham)1667年5月26日生于法国维特里的弗朗索瓦;1754年11月27日卒于英国伦敦.数学家.
棣莫弗出生于法国的一个乡村医生之家,其父一生勤俭,以行医所得勉强维持家人温饱。棣莫弗自幼接受父亲的教育,稍大后进入当地一所天主教学校念书,这所学校宗教气氛不浓,学生们得以在一种轻松、自由的环境中学习,这对他的性格产生了重大影响。随后,他离开农村,进入色拉的一所清教徒学院继续求学,这里却戒律森严,令人窒息,学校要求学生宣誓效忠教会,棣莫弗拒绝服从,于是受到了严厉制裁,被罚背诵各种宗教教义。那时,学校不重视数学教育,但棣莫弗常常偷偷地学习数学。在早期所学的数学著作中,他最感兴趣的是C.惠更斯(Huygens)关于赌博的著作,特别是惠更斯于1657年出版的《论赌博中的机会》(Deratiociniis in ludo aleae)一书,启发了他的灵感。
1684年
1684年,棣莫弗来到巴黎,幸运地遇见了法国杰出的数学教育家、热心传播数学知识的J.奥扎拉姆(Ozanam)。在奥扎拉姆的鼓励下,棣莫弗学习了欧几里得(Euclid)的《几何原本》(Ele-ments)及其他数学家的一些重要数学著作。
1685年
1685年,棣莫弗与许多信仰新教的教友一道,参加了震惊欧洲的宗教骚乱,在这场骚乱中,他与许多人一起被监禁起来。正是在这一年,保护加尔文教徒的南兹敕令被撤销。随后,包括棣莫弗在内的许多有才华的学者由法国移住英国。据教会的材料记载,棣莫弗一直被监禁至1688年才获释,并于当年移居伦敦。但据20世纪60年代发现的一份当时的材料,1686年时棣莫弗已经到了英国。随后,棣莫弗一直生活在英国,他对数学的所有贡献全是在英国做出的。
抵达伦敦后,棣莫弗立刻发现了许多优秀的科学著作,于是如饥似渴地学习。一个偶然的机会,他读到I.牛顿(Newton)刚刚出版的《自然哲学的数学原理》(Mathematical principles of natural philosophy),深深地被这部著作吸引了。后来,他曾回忆起自己是如何学习牛顿的这部巨著的:他靠做家庭教师糊口,必须给许多家庭的孩子上课,因此时间很紧,于是就将这部巨著拆开,当他教完一家的孩子后去另一家的路上,赶紧阅读几页,不久便把这部书学完了。这样,棣莫弗很快就有了充实的学术基础,并开始进行学术研究。
1692年
1692年,棣莫弗拜会了英国皇家学会秘书E.哈雷(Halley),哈雷将棣莫弗的第一篇数学论文“论牛顿的流数原理”(On New-ton’s doctrine of fluxions)在英国皇家学会上宣读,引起了学术界的注意。1697年,由于哈雷的努力,棣莫弗当选为英国皇家学会会员。
棣莫弗的天才及成就逐渐受到了人们广泛的关注和尊重。哈雷将棣莫弗的重要著作《机会的学说》(The doctrine of chances)呈送牛顿,牛顿对棣莫弗十分欣赏。据说,后来遇到学生向牛顿请教概率方面的问题时,他就说:“这样的问题应该去找棣莫弗,他对这些问题的研究比我深入得多”。1710年,棣莫弗被委派参与英国皇家学会调查牛顿-莱布尼茨关于微积分优先权的委员会,可见他很受学术界的尊重。1735年,棣莫弗被选为柏林科学院院士。1754年,又被法国的巴黎科学院接纳为会员。
棣莫弗终生未婚。尽管他在学术研究方面颇有成就,但却贫困潦倒。自到英国伦敦直至晚年,他一直做数学方面的家庭教师。他不时撰写文章,还参与研究确定保险年金的实际问题,但获得的收入却极其微薄,只能勉强糊口。他经常抱怨说,周而复始从一家到另一家给孩子们讲课,单调乏味地奔波于雇主之间,纯粹是浪费时间。为此,他曾做了许多努力,试图改变自己的处境,但无济于事。
参考资料
最新修订时间:2024-12-10 13:11
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科学原理
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