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指数函数定义域(指数函数的定义域和值域)

  指数函数定义域(指数函数的定义域和值域)指数函数的定义
  一般地,函数(a为常数且以agt;0,a1)叫做指数函数,函数的定义域是R。
  常见的一类指数函数的底(e为自然常数,即等于),即。
  上式中的自变量为实数。后来,数学家们将自变量的取值范围延拓到复数域,则指数函数变为,其中自变量为复数。当时,,这就是著名的欧拉恒等式。
  那么,当自变量为矩阵时,是个什么情况?指数是矩阵的指数函数咋来的?
  我们假定有这样一个参数微分方程组:
  不难发现该方程组的一组特解是圆的方程:
  上述微分方程组用矩阵形式表示为:
  也即
  其中矩阵
  这个方程进一步表示为
  将视为一个变量,采用分离变量法解该微分方程,得到
  也即
  这样就求得
  也即
  带入值后,变成了
  我们得到了一个非常简洁的指数为矩阵的指数函数!如何理解指数为矩阵的指数函数?
  通常的可以理解为,可以理解为,。如果指数不是整数但是有理数时,则指数可以用分数来表示,如可以理解为。如果指数是无理数,则如何理解呢?
  这个时候,需要借助泰勒级数这个超级数学工具:
  这个级数对复数也成立,也即
  如果将该公式的指数推广到矩阵,则应该得到
  上式中,表示为个矩阵的乘积。当为零时,为单位矩阵。
  我们根据上述延拓到矩阵指数的泰勒技术计算一下时的值。带入公式得到
  计算如下值并带入上式:
  其中
  。。。
  得到
  将各项的矩阵相加,进一步得到
  我们发现上述等式右边的22矩阵,正好与正弦、余弦的泰勒公式对应:
  这样,我们就推导出
  令,则得
  也即
  这个式子与欧拉恒等式
  完全对称:
  为单位矩阵,与实数或复数域的对应;
  矩阵与虚数单位对应。由于,我们发现,也即;
  如果记为,则(矩阵的平方为负单位矩阵!!!),矩阵为虚单位矩阵。则我们得到非常优雅的矩阵域的欧拉恒等式:
  此外,与也有类似的性质:
  同样的,借鉴,我们可以将前面推导出来的结论:
  修改为矩阵领域的欧拉公式:
  因为:
  ,
  这里,我们不得不惊叹于数学的完美!!!
  用GeoGebra验证矩阵指数的泰勒公式,结果正确:
  我们在试着求一下的值:
  极氪001
  再来验算一下时,用泰勒公式计算的值:
  用上述刚推导出来的欧拉公式计算的值:

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