定理已证明
棣莫弗公式
命题陈述
对任意实数 θ 和整数 n,都有 (cosθ+isinθ)n=cos(nθ)+isin(nθ)。
为什么成立?
cosθ+isinθ 其实就是单位圆上角度为 θ 的点。两个这样的点相乘会把它们的角度相加——这正是复数乘法的几何意义——所以把一个点取 n 次幂,就相当于把旋转速度加快 n 倍,恰好落在角度 nθ 处。
证明思路
对 n≥0 用归纳法,借助和角公式 cos(a+b)=cosacosb−sinasinb 与 sin(a+b)=sinacosb+cosasinb,证明 (cosθ+isinθ)k+1=(cosθ+isinθ)k(cosθ+isinθ) 化简为 cos((k+1)θ)+isin((k+1)θ);n 为负的情形则由 (cosθ+isinθ)−1=cosθ−isinθ=cos(−θ)+isin(−θ) 得到。