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Es $y={(-1)^{x\overπ}+(-1)^{-x\overπ}\over 2}$ el mismo que $y=\cos x$?

Siempre he estado intrigado por la ecuación de $y=(-1)^x$, tal vez porque es tan simple, pero tan difícil encontrar información acerca de. Es la cosa más cercana a una función trigonométrica posible utilizando sólo "básica" de matemáticas. Si se evalúa sólo para números enteros, exhibe trigonométricas comportamiento, subir y bajar el eje de las x a un pico de $±1$. Cuando empezamos a conectar en valores decimales, la cosa se complica, produciendo "real" de los valores de fracciones con números impares y los valores complejos de fracciones con números. Qué se puede hacer con este infinitesimal de oscilación? Normal software graficador no el gráfico de la ecuación. Wolfram Alpha, sin embargo, ofrece un gráfico, que se parece a esto.

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Yo, por desgracia, no podía entender cómo el sitio web llega a estas curvas, cuando en realidad $(-1)^{1\over3}$ debe ser igual a $-1$. Sin embargo, he descubierto cómo la función coseno se puede expresar en términos de $y=(-1)^x$ mediante la manipulación de la identidad de Euler.

$$e^{iπ}=-1$$ $$e^{iπx}={(-1)}^x$$ $$e^{ix}={(-1)}^{x\overπ}$$ $$e^{-ix}={(-1)}^{{-x\overπ}}$$

Desde $\cos x={e^{ix}+e^{-ix}\over 2}$, sumando las dos ecuaciones anteriores y dividiendo por dos, nos permite concluir que

$${(-1)^{x\overπ}+(-1)^{-x\overπ}\over 2}=\cos x$$

Wolfram Alpha confirma:

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No he visto esta transformación en cualquier lugar. Soy el primero en encontrarlo? Sería genial si yo fuera. Otro impresionante relación que he encontrado es que la ecuación de $y=(-1)^{-ix\overπ}$ rendimientos ordinarios de la función $y=e^x$. Esto puede ser probado casi de la misma manera exacta. Creo que esto es fascinante, y estoy confundido ¿por qué tan poco se ha escrito acerca de esto. El único problema es, las relaciones de trabajo cuando se deriva de ellos, pero cuando usted lo enchufa en números, ¿por qué los gráficos se vería que es desconcertante.

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egreg Puntos 64348

La función de $(-1)^x$ es multivalor; más precisamente, $$ \log(-1)=i(2k+1)\pi $$ para todos los enteros $k$. Por lo tanto los valores de $(-1)^x$ son definidos por $$ e^{x\log(-1)}=e^{ix(2k+1)\pi} $$ y el principal valor es $k=0$; por lo tanto el principal valor de la expresión es $$ \frac{(-1)^{x/\pi}+(-1)^{-x/\pi}}{2}=\frac{e^{ix}+e^{-ix}}{2}=\cos x $$ Sin embargo, uno debe ser muy cuidadoso en la manipulación de las exponenciales en los números complejos, debido a que las identidades como $(a^b)^c=a^{bc}$ no espera.

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Simple Art Puntos 745

Todo lo que tenemos es... una especie de corregir. Aviso de que tenemos un par de problemas con esta. Principalmente que

$$-1=(\pm i)^2\implies(-1)^{1/2}=\stackrel?\pm i$$

y similares tales cosas. De hecho, WolframAlpha sólo toma lo que se conoce como la rama principal. Una forma elegante de decir que se elija una ruta de acceso que $(-1)^x$ es continua y satisface ciertas propiedades, $(-1)^{1/2}=i$ por ejemplo. Así que, por el contrario, $e^{ix}$ es mucho más fácil de definir. De hecho, si usted gráficamente otras ramas de su función, el resultado podría no ser $\cos(x)$.

Sólo como nota para la diversión, no es una pieza interesante de la matemática que se puede derivar de este:

$e^\pi$ es irracional y trascendente desde $e^\pi=(-1)^{-i}$.

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