定理証明済み
ド・モアブルの公式
内容
任意の実数 θ と整数 n に対して (cosθ+isinθ)n=cos(nθ)+isin(nθ) が成り立つ。
なぜ正しいのか?
cosθ+isinθ は単位円上の角度 θ の点にほかならない。そのような点同士を掛け合わせると角度が足し合わされる——これが複素数の掛け算の幾何学的な意味である——ので、ある点を n 乗すると n 倍の速さで回転し、ちょうど角度 nθ の位置に到達する。
証明の概略
n≥0 について帰納法を用い、加法定理 cos(a+b)=cosacosb−sinasinb と sin(a+b)=sinacosb+cosasinb により (cosθ+isinθ)k+1=(cosθ+isinθ)k(cosθ+isinθ) が cos((k+1)θ)+isin((k+1)θ) に簡約されることを示す。n が負の場合は (cosθ+isinθ)−1=cosθ−isinθ=cos(−θ)+isin(−θ) から従う。
ステップごとの証明
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