オイラーの公式より美しい式

オイラーの公式っていう有名な式があります。
一般的にはこれのことを言う?(数学天才児に聞いたら、「オイラーは色んな公式作ってるから一つに絞れへん」と言われましたがw)
e^{i\theta} = \cos\theta + i\sin\theta

ですがぼくは、この数式より、オイラーの等式と言われる
e^{i\pi} + 1 = 0
の方がずっと美しいと思います。

ただ、よく考えると
e^{i\pi} = -1 は、複素平面上で「e を原点から反時計回りに \pi(180度)回転させると、実数軸上の -1 という点にたどり着く」
ということになるから、なんか当たり前のようなことにも思えるんだけど。

高3のとき、数学の塾の先生に教えてもらった式ですが、初めて見たときはド肝を抜かれました。
だって、数学上重要な要素、e,i,\piの3つが、こんな綺麗につながってるんですよ!
ほんとに神っているんだろうなぁとまで思ってしまいました。

ちなみにこの式は、オイラーの公式に、
\theta(シータ)の代わりに\pi(パイ)を代入したら導きだすことができます。

e^{i\pi} = \cos\pi + i\sin\pi
ここで、\cos\pi = -1\sin\pi = 0 です。これらの値を代入すると、以下のようになります。

e^{i\pi} = -1 + i(0)
この式をさらに整理すると、e^{i\pi} + 1 = 0 となります。

あと、オイラーの公式の証明
テイラー級数展開を使って証明できます。

e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots \cos x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n)!} x^{2n} = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots \sin x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n}{(2n+1)!} x^{2n+1} = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots

e^xxi\theta に置き換えると、以下のようになります。

e^{i\theta} = 1 + i\theta + \frac{(i\theta)^2}{2!} + \frac{(i\theta)^3}{3!} + \frac{(i\theta)^4}{4!} + \cdots = 1 + i\theta - \frac{\theta^2}{2!} - i\frac{\theta^3}{3!} + \frac{\theta^4}{4!} + \cdots = \left(1 - \frac{\theta^2}{2!} + \frac{\theta^4}{4!} - \cdots\right) + i\left(\theta - \frac{\theta^3}{3!} + \frac{\theta^5}{5!} - \cdots\right)

= \cos\theta + i\sin\theta

これにより、オイラーの公式 e^{i\theta} = \cos\theta + i\sin\theta が証明されます。

で、数学天才児に、
ぼく「で、証明もなんとなくわかるけど、どこがオイラーのすごいところなん?」
数学天才児「あの時代に、xのところにi\theta 代入すること思いついたとこちゃう?そもそも、虚数を代入するには、何かを定義せなあかんし。それに、当時、テイラー展開自体もまだ発表されたばっかりで云々」

へー!
i\theta 代入することを思いついたからオイラーはすごいのか!
オイラーって1707年~1783年生存。
テイラー級数展開が発表されたのが1715年。

ふーん。よくわからんけど、すごいんだな。やっぱ。

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『オイラーの公式より美しい式』へのコメント

  1. 名前:弐号 投稿日:2025/09/19(金) 22:04:35 ID:9a2fae593 返信

    オイラーの等式、美しいですよね。
    この記事、誰にも読まれて無いなんて、もったいないなぁ。
    将棋勢とか刺さりそうなんだけど?
    数式の表示も美しいなぁと思ったら、TeX入れて書いたんですね。
    「虚数の情緒」分厚い本ですが、機会があれば図書館でパラパラ立ち読みしてみて。