Gymnasiet
Ma4
Kapitel 4.4.1

Eulers formel

Eulers formel kopplar ihop exponentialfunktionen med sinus och cosinus och ger en kort form för komplexa tal.

På den här sidan

Bakgrund

Eulers formel kopplar ihop exponentialfunktionen med sinus och cosinus. Den gör att ett komplext tal kan skrivas kort som reiv\displaystyle re^{iv}, och att räknereglerna för potenser direkt ger reglerna för multiplikation i polär form. Specialfallet eiπ+1=0\displaystyle e^{i\pi}+1=0 brukar kallas matematikens vackraste formel.

Teori

Eulers formel

eiv=cos⁡v+isin⁡ve^{iv}=\cos v+\nobreak i\sin v

Talet eiv\displaystyle e^{iv} ligger på enhetscirkeln med argumentet v\displaystyle v. Varje komplext tal kan skrivas

z=reivz=\nobreak re^{iv}

Potenslagarna ger då multiplikationsregeln direkt:

r1eiv1⋅r2eiv2=r1r2 ei(v1+v2)r_1e^{iv_1}\cdot\nobreak r_2e^{iv_2}=\nobreak r_1r_2\,e^{i(v_1+\nobreak v_2)}

Varför formeln gäller visas med serieutveckling i högre kurser. En motivering i Ma4: funktionen f(v)=cos⁡v+isin⁡v\displaystyle f(v)=\cos v+i\sin v har derivatan if(v)\displaystyle if(v) och f(0)=1\displaystyle f(0)=1, precis som eiv\displaystyle e^{iv}.

Exempel och tillämpningar

Exempel 1: Eulers identitet

Uppgift: Visa att eiπ+1=0\displaystyle e^{i\pi}+1=0.

Exempel 2: Exponentialform

Uppgift: Skriv z=−3+i\displaystyle z=-\sqrt{3}+i på formen reiv\displaystyle re^{iv}.

Exempel 3: Produkt i exponentialform

Uppgift: Beräkna 3eiπ/4⋅2eiπ/12\displaystyle 3e^{i\pi/4}\cdot2e^{i\pi/12}.

Interaktiva funktioner

Talet e upphöjt till iv på enhetscirkeln

Välj v\displaystyle v i steg om π12\displaystyle \frac{\pi}{12}.

Vinkel: v=4⋅π12\displaystyle v=4\cdot\dfrac{\pi}{12}

ei⋅π3=cos⁡π3+isin⁡π3≈0,5+0,87ie^{i\cdot\nobreak \dfrac{\pi}{3}}=\cos\dfrac{\pi}{3}+\nobreak i\sin\dfrac{\pi}{3}\approx0{,}5+\nobreak 0{,}87i
Punkten på enhetscirkeln
-2-1012-2i-1i01i2iReImeiv\displaystyle e^{iv}
  • eiv\displaystyle e^{iv}: 0,5+0,87i\displaystyle 0{,}5+0{,}87i

Vanliga misstag

  • Att tro att eiv\displaystyle e^{iv} kan ha ett annat belopp än 1 för reella v\displaystyle v.
  • Att använda grader i exponenten.

Vanliga frågor

Tips för Eulers formel

Viktigt att tänka på

  • Använd exponentialform när tal ska multipliceras eller upphöjas.
  • Gå över till cosinus och sinus när svaret ska skrivas i rektangulär form.

Testa dig själv: Eulers formel1/3

Vad är eiπ\displaystyle e^{i\pi}?

Testa att du förstått

Träna uppgifter i taluppfattning för Matematik 4. Du får facit och förklaring direkt.

Träna på det här

Aktivera JavaScript för att använda formulär och interaktiva verktyg. Sidans innehåll och länkar kan läsas utan JavaScript.