Cómo demostrar [matemáticas] e ^ {i \ pi} = – 1 [/ matemáticas] algebraicamente

Grant Sanderson (3Blue1Brown) ha hecho un video increíble para explicar intuitivamente la identidad de Euler.

En este video, explicó la fórmula de Euler [matemáticas] e ^ {i \ theta} = \ cos \ theta + i \ sin \ theta [/ matemáticas] usando la idea de multiplicadores y sumadores. Me toma un momento entender lo que eso significa, y definitivamente es una idea ingeniosa deformar el pensamiento tradicional.

Por cierto: prueba tradicional

[matemáticas] e ^ x = 1 + x + \ frac {x ^ 2} {2!} + \ frac {x ^ 3} {3!} + \ cdots [/ matemáticas]

[matemáticas] e ^ {i \ theta} = 1+ i \ theta + \ frac {(i \ theta) ^ 2} {2!} + \ cdots [/ math]

Este paso requiere valentía e imaginación y falta de rigor. Expandir el dominio de una función es una idea valiente. Lo anterior se puede reescribir como:

[matemáticas] e ^ {i \ theta} = (1 – \ frac {\ theta ^ 2} {2!} + \ frac {\ theta ^ 4} {4!} – \ cdots) + i (\ theta – \ frac {\ theta ^ 3} {3!} + \ frac {\ theta ^ 5} {5!} – \ cdots) [/ math]

Este es un enfoque aún más innovador porque reorganizar sumas infinitas puede convertir una serie convergente en una divergente. Sin embargo, la falta de rigor de Euler lleva a la famosa fórmula porque se dio cuenta de que los corchetes son [math] \ cos \ theta [/ math] y [math] \ sin \ theta [/ math] respectivamente.

[matemáticas] e ^ {i \ theta} = \ cos \ theta + i \ sin \ theta [/ math]

Y cuando [math] \ theta [/ math] es igual a [math] \ pi [/ math], el término real es -1 y el término complejo desaparece. Entonces [matemáticas] e ^ {i \ pi} = – 1 [/ matemáticas]

Ni siquiera puede definir qué significa [math] e ^ {i \ pi} [/ math] en primer lugar sin utilizar herramientas no algebraicas. No hay forma de que pueda esperar demostrar que tiene un valor particular sin, al menos, tener una noción de convergencia.

(A juzgar por esto:
Expresión algebraica
lo que sigue no involucra expresiones algebraicas, ya que las funciones trigonométricas, las series infinitas y los exponentes irracionales no se consideran expresiones algebraicas … ooops … lo siento LOL)

¿Es algebraico simplemente sumar las series de Taylor para cos (x), i * sin (x), agrupar los términos y mostrar que el resultado es igual al término e ^ (i * x) para el término, y luego establecer x = pi?

expansión en serie de e ^ (i * x)
expansión en serie de cos (x)
expansión en serie de i * sin (x)
Serie de Taylor de cos (x) + i * sin (x)

Puede mostrar fácilmente que la multiplicación compleja corresponde a R cis A * r cis a = Rr cis (A + a), incluso en la medida en que i² = -1.

Mostrar que cis (A + a) = exp i (A + a) requiere una serie de Taylor o algo así.