全球热点!意外发现上帝的“私生子”,高数探究奇遇记
有研究高等数学的小伙伴们应该都知道“上帝公式”吧。那是瑞士数学家欧拉发现的公式,它的一般形式是e^(iπ)=-1. 这个公式在自然常数e, 虚数单位i, 圆周率π和实数单位1之间,构造了一种联系。老黄在高数探究中,无意间也发现了一个数学公式,这个公式与“上帝公式”有直接的联系,因此老黄就称它为上帝的“私生子”公式。
(资料图片仅供参考)
那是老黄在探究第二类基本分式的“两个儿子”的复变公式过程中推导得到的一个复变函数公式。复变函数方面的内容,老黄还从来没有接触过。但是数学是相通的,就算老黄完全没有接触过的数学知识,通过对目前的知识的探究,也一样可以把它挖掘出来的。
下图列举的是第二类基本分式的“小儿子”的三个公式。前两个是实数范围内的公式,最后一个是复变函数形式的公式。
最后两个公式,除了首项,后面的求和公式部分是完全一样的。因此不难发现,首项约分后,剩余部分的导数是相等的。因此它们相差一个常数。所以可以猜想他们是相等的。下面是证明它们相等的过程。
到这里都有限定参数a>0,而特别地,当a=1时,又可以得到一个公式的特殊形式。正是这个形式,和“上帝公式”产生直接的关联的。下面是对两者的关系的探究过程。
既然“小儿子”不定积分有复变公式,那么“大儿子”肯定也会有复变公式。下面是对大儿子的复变公式的一个探究过程。
接下来用两道例题检验一下这个复变公式。
例1:求∫dx/(x^2+4)^3 .
例2:求∫dx/(x^2+4)^2 .
推导的过程并没有问题,仅担心由于正负i的平方都等于-1,由此产生错误。只要分母奇数幂的实例,和偶数幂的实例都不造成符号上的问题,那么这个公式就是正确的了。
将“大儿子”的实数公式和复变公式进行对比,与“小儿子”同理,也可以得到另外一个复变公式。
下面是对第二个复变公式的证明过程:
两个公式其实是一致的,通过拓展,可以发现,只要a不等于0,上帝的“私生子”公式(只是一个名字,为了喊起来方便罢了)都是成立的。
而只要用x/根号a代替公式中的x,并对公式进行变形,就可以得到一个与a无关的,纯正的“私生子”公式。
事实上,由于公式是在复数范围内的。所以公式最终形式中的绝对值符号,是可以去掉的。由于老黄没有探究过复变函数方面的内容。所以这已经是老黄所能推导的极限了。当然,代入不同的数值,还可以推出很多东西来,但没有实质的区别,等以后老黄探究到复变函数方面的知识时,再为大家继续深入分析吧。
很可惜,这个公式目前已经存在了。否则老黄是不是就能成功了呢?关键不是公式本身,而是探究数学的精神。天可怜见,老黄总有一天会成功的!