¿Qué conceptos debo aprender antes de comprender la identidad de Euler?

Depende de cuán “completamente” quieras entenderlo. Teóricamente, podrías entenderlo solo con un trasfondo en álgebra básica, siempre que aprendas qué son los números complejos.

Pero si desea comprender cómo está probado , es probable que necesite algún cálculo, como la serie Taylor, que generalmente se enseña en Calculus II. Pero los únicos requisitos previos para aprenderlos en la medida en que necesite comprender la identidad de Euler son los derivados (incluidas las derivadas superiores) y las sumas infinitas. Pero si acepta ciertas cosas al pie de la letra (como el hecho de que [matemáticas] e ^ x [/ matemáticas] tiene una cierta expansión de la serie de potencias, o una suma infinita de potencias de x que son iguales y convergen a [matemáticas] e ^ x [/ math]) sin saber cómo se derivan tales hechos, aún puede entenderlo.

Aquí hay una idea básica de la intuición detrás de la identidad de Euler, que supone que sabes qué son los números complejos:

La identidad [matemáticas] e ^ {i \ pi} = -1 [/ matemáticas] es realmente solo un caso especial de la fórmula de Euler, que establece que

[matemáticas] e ^ {ix} = i \ sin (x) + \ cos (x) [/ matemáticas]

La idea básica es que e para alguna potencia imaginaria es equivalente a la rotación en el plano complejo, que es el plano que forma los números complejos, números de la forma [matemática] a + bi [/ matemática] donde a (la parte real ) se representa en el eje horizontal yb (la parte imaginaria) se representa en el eje vertical. Dado que involucra rotación, involucra círculos, y por lo tanto están involucrados seno y coseno. Piense en el círculo unitario y las definiciones de seno y coseno del círculo unitario:

Eso debería dar una intuición razonable para la relación entre números complejos y [matemáticas] \ pi [/ matemáticas], pero la intuición de por qué e elevado a un poder imaginario es la rotación en el plano complejo es más difícil de entender. Para ser honesto, tampoco lo entiendo completamente. Pero por ahora, creo que sería bueno tomarlo al pie de la letra.

La forma más sencilla de entender

  • Radián

Espero que sepan que a los matemáticos les encanta hablar de radianes en lugar de títulos en matemáticas más avanzadas. Radian es una medida de la longitud del arco dividida por el radio .

Entonces, si tenemos un semicírculo, donde la longitud del arco es [matemática] \ pi r [/ matemática], eso significa que el ángulo subtendido (es decir, [matemática] 180 ^ \ circ [/ matemática]), corresponde a [matemática] \ pi [/ matemáticas] radianes.

  • El plano complejo

En resumen, el plano complejo parece un plano de coordenadas con el eje x que indica la parte real del número complejo, mientras que el eje y traza la parte imaginaria del número complejo.

Entonces, para [matemáticas] 3 + 4i [/ matemáticas], tenemos que la parte real es 3, y la parte imaginaria es 4 ( no 4i)

  • Qué hace la función exponencial a un número

La forma exacta se llama transformación compleja, pero si desea un curso intensivo sobre ella y es específica de la identidad de Euler, imagine:

Cuando camina desde el origen hasta el eje y (es decir, la parte imaginaria), la función exponencial lo dirige desde 1 (porque [matemática] e ^ 0 = 1 [/ matemática]) en sentido antihorario a lo largo del círculo unitario. Para un ángulo dado en radianes, digamos [math] \ pi [/ math] radianes, eso significa que vas alrededor de ese círculo unitario para ese ángulo, así que eso significa ir a la mitad del círculo.

Como el opuesto de 1 es -1 en el círculo unitario, sabemos que

[matemáticas] \ displaystyle e ^ {i \ pi} = – 1 \ etiqueta * {} [/ matemáticas]

Toda otra explicación “completa” tendrá algo que ver con esto.

Cálculo II. Específicamente necesitas series de potencia.

No necesita saber cálculo para comprender la identidad de Euler. El análisis complejo ayuda a comprenderlo completamente y eso generalmente se enseña en Álgebra 2, Trigonometría y Precálculo.

Solo necesitas este video de Mathologer. ¿No es bueno?