対話とモノローグ

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オイラーのド・モアブルの公式

2020-08-28 | オイラーの公式
現在、高校で習うド・モアブルの公式は18世紀にオイラーが『無限解析入門』(『オイラーの無限解析』)で導いたものである。
オリジナルのド・モアブルの公式は次のような形のものだった(1707年)。(『グレイゼルの数学史Ⅲ』参照)
  
グレイゼルによれば、ド・モアブルの関心はcos Bをcos nBで表わすことにあったという。オイラーはこの式から2つの共役な複素数(虚因子)を洞察し、三角関数の基本公式cos2 x+sin2 x=1を因数分解することからド・モアブルの公式を導出した。

1 √(cos2nB-1)はi sin nBだから、虚因子(cos nB+i sin nB)がある。
2 1/(cos nB+i sin nB)=(cos nB-i sin nB)だから、虚因子(cos nB-i sin nB)が出てくる。
3 (cos nB+i sin nB) (cos nB-i sin nB)=1である。

4  三角関数の基本公式cos2 z+sin2 z=(cos z+i sin z) (cos z-i sin z)
5  オイラーは、 cos z+i sin z , cos z-i sin z に指数関数の性質を確認して、ド・モアブルの公式
  
を導いた。

6 確認。上の式のn乗根をとると、
  cos z+i sin z=(cos nz+i sin nz)1/n
  cos z-i sin z=(cos nz-i sin nz)1/n
7 たすと、
  2 cos z=(cos nz+i sin nz)1/n + (cos nz-i sin nz)1/n
  cos z=1/2・((cos nz+i sin nz)1/n + (cos nz-i sin nz)1/n)
ここで後(cos nz-i sin nz)1/n= (cos nz+i sin nz)-1/nだから、
zをBで置き換えると、
  
であり、
また、
  
である。

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