@@ -22,18 +22,21 @@ kernelspec:
22
22
```
23
23
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24
# 复数和三角函数
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+
25
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## 概述
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+
26
28
本讲座介绍一些基础数学和三角函数知识。
27
29
28
- 这些概念本身既有用又有趣,在研究由线性差分方程或线性微分方程生成的动力学时,会带来巨大回报 。
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+ 这些概念本身既有用又有趣,在研究由线性差分方程或线性微分方程生成的动力学时会有很大的帮助 。
29
31
30
- 例如,这些工具是理解Paul Samuelson(1939年){cite}` Samuelson1939 ` 在其经典论文中关于投资加速器与凯恩斯消费函数相互作用的成果的关键 ,这是我们在讲座{doc}` Samuelson乘数加速器 <dynam:samuelson>` 中的主题。
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+ 例如,这些工具是理解Paul Samuelson(1939年){cite}` Samuelson1939 ` 在其经典论文中关于投资加速数与凯恩斯消费函数相互作用的成果的关键 ,这是我们在讲座{doc}` Samuelson乘数加速数 <dynam:samuelson>` 中的主题。
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- 除了为Samuelson的工作及其扩展提供基础外,本讲座还可以作为独立的快速回顾,回顾高中基础三角函数的关键结果 。
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+ 除了为Samuelson的工作及其扩展提供基础外,本讲座也是对高中基础三角函数知识的复习 。
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那么让我们开始吧。
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### 复数
39
+
37
40
复数有一个** 实部** $x$和一个纯** 虚部** $y$。
38
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42
复数$z$的欧几里得形式、极坐标形式和三角形式是:
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上面的第二个等式被称为** 欧拉公式**
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47
- - [ 欧拉] ( https://en.wikipedia.org/wiki/Leonhard_Euler ) 还贡献了许多其他公式!
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+ - [ 欧拉] ( https://baike.baidu.com/item/%E8%8E%B1%E6%98%82%E5%93%88%E5%BE%B7%C2%B7%E6%AC%A7%E6%8B%89/2148998 ) 还贡献了许多其他公式!
48
51
49
52
$z$的复共轭$\bar z$定义为
50
53
80
83
\tan{\theta} = \frac{y}{x}
81
84
$$
82
85
83
- 我们需要以下导入 :
86
+ 我们需要以下函数库导入 :
84
87
85
88
``` {code-cell} ipython
86
89
import matplotlib.pyplot as plt
@@ -121,9 +124,9 @@ x_range = np.linspace(0, x, 1000)
121
124
fig = plt.figure(figsize=(8, 8))
122
125
ax = plt.subplot(111, projection='polar')
123
126
124
- ax.plot((0, θ), (0, r), marker='o', color='b') # 绘制 r
125
- ax.plot(np.zeros(x_range.shape), x_range, color='b') # 绘制 x
126
- ax.plot(θ_range, x / np.cos(θ_range), color='b') # 绘制 y
127
+ ax.plot((0, θ), (0, r), marker='o', color='b') # 绘制 r
128
+ ax.plot(np.zeros(x_range.shape), x_range, color='b') # 绘制 x
129
+ ax.plot(θ_range, x / np.cos(θ_range), color='b') # 绘制 y
127
130
ax.plot(θ_range, np.full(θ_range.shape, 0.1), color='r') # 绘制 θ
128
131
129
132
ax.margins(0) # 从原点开始绘制
@@ -155,7 +158,7 @@ r^n e^{in\theta} =
155
158
r^n(\cos{n\theta} + i \sin{n\theta})
156
159
$$
157
160
158
- 要证明德莫瓦定理,注意到
161
+ 要证明德莫瓦定理,首先注意
159
162
160
163
$$
161
164
(r(\cos{\theta} + i \sin{\theta}))^n = \big( re^{i\theta} \big)^n
216
219
217
220
### 例3
218
221
219
- 这个例子提供了Samuelson在分析其乘数-加速器模型时所使用的核心机制 {cite}` Samuelson1939 ` 。
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+ 这个例子提供了Samuelson在分析其乘数-加速数模型时所使用的核心机制 {cite}` Samuelson1939 ` 。
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221
224
因此,考虑一个** 二阶线性差分方程**
222
225
261
264
262
265
我们可以解这个方程得到 $\omega$,然后用 $x_0 = 2 pr^0 \cos{(\omega + n\theta)}$ 解出 $p$。
263
266
264
- 使用Python中的` sympy ` 包,我们能够解决并绘制给定不同 $n$ 值时 $x_n$ 的动态 。
267
+ 使用Python中的` sympy ` 包,我们能够解决并绘制给定不同 $n$ 值时 $x_n$ 的动态变化 。
265
268
266
269
在这个例子中,我们设置初始值:
270
+
267
271
- $r = 0.9$
268
272
- $\theta = \frac{1}{4}\pi$
269
273
- $x_0 = 4$
@@ -338,17 +342,19 @@ plt.show()
338
342
339
343
### 三角恒等式
340
344
341
- 我们可以通过适当操作复数的极坐标形式来获得一套完整的三角恒等式 。
345
+ 我们可以通过适当转换复数的极坐标形式来获得一套完整的三角恒等式 。
342
346
343
347
我们将通过推导等式
348
+
344
349
$$
345
350
e^{i(\omega + \theta)} = e^{i\omega} e^{i\theta}
346
351
$$
352
+
347
353
来得到许多恒等式。
348
354
349
355
例如,我们将计算 $\cos{(\omega + \theta)}$ 和 $\sin{(\omega + \theta)}$ 的恒等式。
350
356
351
- 使用本讲座开始时给出的正弦和余弦公式 ,我们有:
357
+ 使用本讲开始时给出的正弦和余弦公式 ,我们有:
352
358
353
359
$$
354
360
\begin{aligned}
@@ -391,6 +397,7 @@ print("cos(ω)cos(θ) - sin(ω)sin(θ) =",
391
397
print("cos(ω)sin(θ) + sin(ω)cos(θ) =",
392
398
simplify(cos(ω)*sin(θ) + sin(ω) * cos(θ)))
393
399
```
400
+
394
401
### 三角积分
395
402
396
403
我们也可以使用复数的极坐标形式来计算三角积分。
440
447
我们可以使用` sympy ` 包中的` integrate ` 来验证分析结果和数值结果:
441
448
442
449
``` {code-cell} python3
443
- # 设置初始打印
450
+ # 设置打印的格式
444
451
init_printing(use_latex="mathjax")
445
452
446
453
ω = Symbol('ω')
@@ -459,9 +466,11 @@ integrate(cos(ω) * sin(ω), (ω, -π, π))
459
466
:label: complex_ex1
460
467
461
468
我们邀请读者通过解析方法和使用 `sympy` 包来验证以下两个等式:
469
+
462
470
$$
463
471
\int_{-\pi}^{\pi} \cos (\omega)^2 \, d\omega = \pi
464
472
$$
473
+
465
474
$$
466
475
\int_{-\pi}^{\pi} \sin (\omega)^2 \, d\omega = \pi
467
476
$$
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