上帝公式之父——欧拉

下面这本书,相信电子和通信专业的同学一定不会陌生。

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没错,令无数人伤心欲断魂的DSP(Digital Signal Processing),就是它。

在这本神书的第一章,讲到了复指数信号

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也就此引出了大名鼎鼎的欧拉公式

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从此,这个公式就会在你的视野中频繁地出现。很多难题,当你怎么都解不下去的时候,想想它,就能迎刃而解。

这个欧拉公式,就是我们的“欧神”提出来的。

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“欧神”——欧拉

莱昂哈德.欧拉(Leonhard Euler,1707-1783),瑞士数学家、自然科学家。

欧拉是18世纪数学界最杰出的人物之一,在科学界享有泰山北斗的崇高地位。

他无数次出现在邮票上——

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还有纸币上——

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他的成果,可以伴随我们从小学到博士;他推导公式的速度,赛过我们背公式的速度;他写书的速度,赛过我们看书的速度;他写的书,比我们写的作业还多!

什么“天赋异禀”、“兰心蕙质”、“天资聪颖”、“高世之智”、“八斗之才”,都不足以形容欧拉的盖世神功。

更严重的是,欧神的颜值还爆表!

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此处飘过一万次迷妹眼神

就连我们的“拉神”都这么说:

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童年时代的欧拉


1707年,欧拉出生在瑞士的巴塞尔(Basel)城。他的父亲保罗·欧拉是位牧师,喜欢数学,是他的数学启蒙老师(有其父必有其子)

保罗·欧拉曾在巴塞尔大学上过学,因此认识当时著名数学家约翰·伯努利雅各布·伯努利。大人们遛娃,娃们就相互认识了。因此,小欧拉结识了约翰的两个儿子:擅长数学的尼古拉丹尼尔兄弟(这二人后来都成为数学家)。兄弟俩和欧拉从小一起玩数学,并成为终生挚友(插播育儿宝典:成长的环境多重要!)

欧拉天资聪颖,9岁就把牛顿的《自然哲学的数学原理》看完了,不满10岁就开始自学《代数学》。这本书连他的几位老师都没读过。

然鹅~~~~~~天资聪颖丝毫没有妨碍小欧拉成为老师眼中的熊孩纸。

有一次,小欧拉问老师:“天上一共有多少颗星星?”

此刻,老师的心里飘过一万个尴尬,只好说:

“天上有多少颗星星不重要,只要记得那些星星是上帝镶嵌进去的就好啦。”

于是小欧拉质问:

“既然是上帝镶进去的,他怎么能忘记镶了几颗呢,真是太粗心了!”

孰料,因为这句质疑神明的话,欧拉直接被学校开除了。。。

被开除以后,小欧拉只能回家放羊。。。

在他放羊期间,用他聪明的脑瓜上演了“欧拉智改羊圈”的经典故事(这个故事与“小高斯巧算1加到100”的故事齐名,欢迎自行百度)。

老师压根都没有想到,问了如此无聊的问题,说了如此不恭之话的欧拉,后来会成长为一代数字宗师,并在天文学上有突出的贡献。

高斯对欧拉的评价——

“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法。”

(插播育儿宝典:请善待身边的熊孩子,不要用大人的思维定式抹杀了孩子对事物的好奇探知,也许他眼神里折射出的天才的光芒,就被你一句“闭嘴”而烟消云散。)


一路开挂的人生


欧拉毕生成就卓著,不信你就看看他的个人履历:

13岁,考入名校巴塞尔大学,同时修六个专业(哲学、法学、数学、神学、希伯来语、希腊语),戏路宽广,无人能敌!

15岁,本科毕业。

16岁,硕士毕业。

19岁,博士毕业。(传说中的本硕博连读,我们上大学的年纪,欧神已经博士毕业,独孤求败了!)

20岁,参加巴黎科学院奖金的角逐,没成想才得第二名,欧拉大受刺激,在接下来12年连拿12个冠军,终于看破红尘,不参加比赛了。

22岁,在写给哥德巴赫的一封信中,给出了伽马函数的定义。

25岁,得到了欧拉-麦克劳林求和法。

26岁,彼得堡科学院数学教授。

27岁,推广了以下符号:f(x)、sin、cos,tan,它们伴随我们度过了小学、初中、高中、大学。给出了欧拉常数,该数是否为超越数,至今无人知晓。

28岁,欧拉解决了计算彗星轨道天文学难题,这个问题几个著名数学家几个月的努力才得到解决,而欧拉却用自己发明的方法,三天便完成了。

28岁,右眼失明。

29岁,《力学或解析地叙述运动的理论》出版,提出诸如质点的概念、在运动学中引入矢量。

32岁,出版音乐著作《建立在确切的谐振原理基础上的音乐理论的新颖研究》

33岁,攻克了巴塞尔问题。

34岁,解决了七桥问题。发表了图论领域最早的文献。

37岁,给出了著名的欧拉恒等式。

41岁,出版了划时代代表作《无穷分析引论》,该书在数学史上地位显赫,是对数学发展影响最大的七部名著之一。

43岁,给出了多面体公式,这是组合拓扑的雏形。

48岁,出版了《微分学》。

59岁,左眼失明。

完全失明后,因为熟知所有数学公式、能够心算高等数学,写出400多篇论文。出版了三卷本《积分学》,还出版了影响甚广的《代数导引》。(天才,根本就不需要眼睛啊!)

64岁,因家中失火,大部分研究被焚毁,神奇的欧拉用了一年的时间口述了所有这些论文并作了修订(后人整理他的著作,花了100+年,一个世纪啊,在欧拉那里,不过一年!)。

76岁,欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功,请朋友们吃饭,那时天王星刚发现不久,欧拉写出了计算天王星轨道的要领,还和他的孙子逗笑。他喝完茶后,突然疾病发作,烟斗从手中落下,口里喃喃地说:“我要死了”。这是欧拉对生命的最后一次计算。随后,他便告别了人世。

来时辉煌,去时潇洒,彪悍的人生!


惊人的记忆力


欧拉有惊为天人的记忆力,能背诵前一百个质数的前十次幂,能背诵全部的数学公式,能背诵罗马诗人维吉尔的史诗!

法国物理学家阿拉果说——

“欧拉计算时毫不费力,就像人呼吸、或者鹰在风中保持平衡一样。”

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欧拉双目失明后,所有的研究主要靠心算。

有一次,欧拉的两个学生在玩游戏把一个复杂的收敛级数的17项加起来。(看看人家的游戏,我们简直弱爆了。。。)

当他们算到第50位数字时,两人相差一个单位。于是,就去问欧拉,欧拉立刻加入游戏,用心算的方式判断谁是对的,还把做错的童鞋错的原因找了出来。。。

欧拉在双目失明的情况下的科研,先是通过粉笔把公式写在一块很大的石板上,然后口授,由他的儿子笔录来完成论著。

失去光明的欧拉,凭借无人能敌的心算能力,迎来了创作的高峰。


超级奶爸


欧拉一共结过两次婚,有13个孩子。

欧拉很喜欢孩子,他可以在任何地点、任何情况下实现看娃和科研的无缝衔接,常常一边抱着小儿,哄着大儿,一边搞科研写论文!这点最让人佩服啊。。。

我们这些伺候一个小学生娃娃学习就鸡飞狗跳的庸人,情何以堪!

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教育先驱


在教学上,欧拉不但装满了一万缸子水,还能轻松的倒出来,传授给学生。

他是一位杰出的科普大师,能深入浅出的讲述晦涩的知识,而且文字之优美,有“数学家中的莎士比亚”之称。

如果欧拉写科普类的公号软文,那一定是blingbling,炫酷小逼文!

欧拉在普鲁士期间,曾以通信的形式辅导一位德国公主物理、哲学、音乐、逻辑等知识(远程教育的先驱!),后来这些通信以《给一位德国公主的信》出版,因其文笔优美、通俗易懂而在欧洲广为传播。


上帝公式


欧拉公式:

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当θ=π 时,代入欧拉公式,得到欧拉恒等式

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这个公式被誉为上帝公式

敢以上帝来命名的公式,你说说有多牛掰?

该公式把两个超越数:自然对数的底e,圆周率pi,两个单位:虚数单位 i,和自然数的单位1,以及数学里常见的0,五个重要而基本的数学元素全部包含在内。

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欧拉公式将指数函数的定义域扩展到复数域,建立三角函数和指数函数的关系,被誉为“数学中的天桥”。


全领域天才


欧拉在数学上的成就包罗万象,包括造船、金融、历法、绘图等应用性非常强的领域。

欧拉一共写下了886本书籍和论文。。。

这其中,分析、代数、数论占40%,几何占18%,物理和力学占28%,天文学占11%,弹道学、航海学、建筑学等占3%。

几乎每一个数学领域都可以看到欧拉的名字:从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式。。。

欧拉最重要的数学成就就是数学分析,《欧拉全集》中的数学部分有30分卷,其中17卷有关数学分析。数学分析是18世纪数学的主题,欧拉被同时代的人誉为“分析的化身”。

学海无涯,欧拉常伴左右。

(全文完)

原作者:HQDZYQ

出处:西邮信号处理

修改:小枣君

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