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¿Por qué no $e^{2\pi xi}=1$ cierto para todos los $x$?

Sabemos que $$e^{\pi i}+1=0$$and $$e^{\pi i}=-1$$

Así$$(e^{\pi i})^2=(-1)^2$$$$e^{2\pi i}=1$$

Debido a $1$ es la identidad multiplicativa,$$(e^{2\pi i})^x=1^x$$$$e^{2\pi xi} =1$$también debe ser cierto.

Pero también sabemos que $$e^{xi}=\cos(x)+i\sin(x)$$and so$$e^{2\pi xi}=\cos(2\pi x)+i\sin(2\pi x)$$which does not equal 1 for all values of $x$.

Ahora me doy cuenta de que probablemente no romper las matemáticas, por lo que debo estar haciendo una suposición válida. Lo que está mal con mi razonamiento?

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HappyEngineer Puntos 111

La noción de que la $(a^b)^c=a^{bc}$ tiene que ser abandonado en el análisis complejo.

O, usted tiene que permitir que el $a^b$ es un multi-función con valores de y, a continuación, en realidad se puede decir que (uno) de los valores de$1^x$$\cos(2\pi x)+i\sin(2\pi x)$. Con multi-funciones con valores que se puede decir "de Todos los valores de $a^{bc}$ son los valores de $(a^b)^c$", pero no viceversa.

Varios valores de exponenciación puede ser visto como una extensión de la idea de que hay dos raíces cuadradas," y, aunque normalmente tomamos $\sqrt{x}$ a ser el positivo, podríamos a veces prefiero pensar de $\sqrt{x}$ como un multi-función con valores. Por ejemplo, si $\sqrt{x}$ es multivalor, entonces usted puede escribir la fórmula cuadrática:

$$\frac{-b+\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$

y ya no tiene ese molesto $\pm$ símbolo de la fórmula habitual, está implícito en los múltiples valores de $\sqrt{x}$ función. Pero el problema obvio con multi-funciones con valores es que los de arriba "parece" que está describiendo a una sola raíz, cuando se está describiendo dos raíces.

El otro problema con varios valores de las funciones es, lo que sería una media por:

$$a^{b} + a^{2b}?$$Most of the time when you see something like this, you probably don't want to pick from all values of $a^{b}$ and all values of $^{2b}$, but rather you want to pick the same "branch," which amounts to picking the same value for $\registro de una$ for each term, amongst the infinitely many possible values for $\log$.

Así que, en resumen: la Exponenciación de números complejos es irritante y no es divertido.

6voto

Steven Lu Puntos 866

La propiedad $(a^b)^c = a^{bc}$, en el caso ${\text{positive}^\text{real}}$ ($a^b$ siempre positivo) no es cierto en el caso complejo. Ejemplo desde el enlace:

$$(1-i)^{2i} \ne ((1-i)^2)^i.$$

5voto

kamil09875 Puntos 2154

En los números complejos exponenciación reglas son un poco diferentes, en este caso $$(e^{2 \pi i})^x\not\equiv e^{2 \pi i x}$$

1voto

Asumiendo la igualdad es verdadera para todos los $x$ $$e^{2\pi x i}=1$ $ Utilizando el Teorema de Euler,$$\cos (2\pi x)+i\sin(2\pi x)=1$$ comparando real & imaginaria en ambos lados, $$\cos (2\pi x)=1\iff 2\pi x=2\pi k\iff x=k$$ & $$\sin(2\pi x)=0\iff 2\pi x=k\pi \iff x=\frac k 2$$

donde $k$ es cualquier entero.

Por lo tanto, $x=k$ es la solución de la igualdad. La anterior igualdad se mantenga solo y si sólo $x$ es un número entero. De ahí nuestra suposición es incorrecta.

por lo tanto $e^{2\pi x i}=1$ no es cierto para todos los $x$

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