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棣莫弗定理

王朝百科·作者佚名  2012-03-01  
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棣莫弗(de Moivre)原理棣莫弗(de Moivre)定理设两个复数(用三角形式表示)Z1=r1(cosθ1+isinθ1) ,Z2=r2(cosθ2+isinθ2),则:

Z1Z2=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)].解析证:先讲一下复数的三角形式的概念.在复数平面上,可以用向量Z(a,b)来表示Z=a+ib.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Z与实轴的夹角为θ,这两个分向量的模分别等于rcosθ,risinθ(r=√a^2+b^2).所以,复数Z可以表示为Z=r(cosθ+isinθ).这里θ称为复数Z的辐角.

因为Z1=r1(cosθ1+isinθ1) ,Z2=r2(cosθ2+isinθ2),所以

Z1Z2=r1r2(cosθ1+isinθ1)(cosθ2+isinθ2)

=r1r2(cosθ1cosθ2+icosθ1sinθ2+isinθ1cosθ2-sinθ1sinθ2)

=r1r2[(cosθ1cosθ2-sinθ1sinθ2)+i(cosθ1sinθ2+sinθ1cosθ2)]

=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)].

其实该定理可以推广为一般形式:棣莫弗定理的推广设n个复数Z1=r1(cosθ1+isinθ1) ,Z2=r2(cosθ2+isinθ2),……,Zn=rn(cosθn+isinθn), 则:

Z1Z2……Zn=r1r2……rn[cos(θ1+θ2+……+θn)+isin(θ1+θ2+……+θn)].解析证:用数学归纳法即可,归纳基础就是两个复数相乘的棣莫弗定理。

如果把棣莫弗定理和欧拉(Euler)公式“e^iθ=cosθ+isinθ”(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:

Z1Z2……Zn=r1r2……rn[cos(θ1+θ2+……+θn)+isin(θ1+θ2+……+θn)]

如果可以把所有的复数改写成指数的形式,即:Z1=r1e^iθ1,Z2=r2e^iθ2,……,Zn=rne^iθn,

Z1Z2……Zn=r1r2……rne^i(θ1+θ2+……+θn)

这和指数的可加性一致.

在一般形式中如果令Z1=Z2=……=Zn=Z,则能导出复数开方的公式.有兴趣可自己推推看.

棣莫弗简介棣莫弗,A.(De Moiver,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. 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(Enclid)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新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.

 
 
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