Rumus Euler

rumus matematika dalam analisis kompleks yang menetapkan hubungan mendasar antara fungsi trigonometri dan fungsi eksponensial kompleks

Rumus Euler, dinamakan untuk Leonhard Euler, adalah rumus matematika dalam analisis kompleks yang menunjukkan hubungan mendalam antara fungsi trigonometri dan fungsi eksponensial. (Identitas Euler adalah kasus spesial dari rumus Euler.)

Euler's formula.svg

Rumus Euler menyatakan bahwa, untuk setiap bilangan real x,

dimana

adalah basis logaritma natural
adalah unit imajiner
dan adalah fungsi trigonometri.

Richard Feynman menyebut rumus Euler sebagai "our jewel" dan "rumus terhebat dalam matematika" (Feynman, p. 22-10).

SejarahSunting

Rumus Euler dibuktikan (dalam bentuk yang tidak jelas) untuk pertama kalinya oleh Roger Cotes pada 1714, kemudian ditemukan kembali dan dipopulerkan oleh Euler pada 1748. Tidak satu pun dari orang orang melihat interpretasi geometri dari rumus: pandangan bilangan kompleks sebagai titik di bidang muncul hanya sekitar 50 tahun kemudian (lihat Caspar Wessel).

Aplikasi dalam teori bilangan kompleksSunting

 
Visualisasi tiga dimensi dari rumus Euler. Lihat juga polarisasi melingkar.

Rumus ini dapat diartikan mengatakan bahwa fungsinya eix menelusuri lingkaran satuan dalam bidang bilangan kompleks sebagai x berkisar melalui bilangan real. Di sini, x adalah sudut yang dibuat oleh garis yang menghubungkan titik asal dengan titik pada lingkaran satuan dengan sumbu nyata positif, diukur berlawanan arah jarum jam dan dalam radian. Rumusnya hanya valid jika sin dan cos menggunakan argumennya dalam radian, bukan dalam derajat.

Buktinya didasarkan pada deret Taylor perluasan dari fungsi eksponensial ez (di mana z adalah bilangan kompleks) dan dari sin x dan cos x untuk bilangan real x (lihat di bawah). Faktanya, bukti yang sama menunjukkan bahwa rumus Euler berlaku untuk semua bilangan kompleks x.

Rumus Euler dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan kompleks pada koordinat polar. Bilangan kompleks apa pun z=x+iy dapat ditulis sebagai

 

dimana

 
 
 

dan   is argumen dari z-sudut antara sumbu x dan vektor z dapat diukur berlawanan arah jarum jam dan dalam radian yang ditentukan hingga penambahan 2π.

Menggunakan hukum eksponensial

 

berlaku untuk bilangan kompleks a dan b dan rumus Euler, seseorang dapat menulis

 

untuk nilai  , yang menyiratkan bahwa logaritma kompleks dari z diberikan oleh

 

Jadi, logaritma bilangan kompleks adalah fungsi multi-nilai, karena faktanya   multi-nilai.

Rumusnya

 

yang dapat dilihat berlaku untuk semua bilangan bulat k, bersama dengan rumus Euler, menyiratkan beberapa identitas trigonometri serta rumus de Moivre.

Hubungan dengan trigonometriSunting

Rumus Euler memberikan hubungan yang kuat antara analisis dan trigonometri, dan memberikan interpretasi dari fungsi sinus dan cosinus sebagai jumlah bobot dari fungsi eksponensial:

 
 

Kedua persamaan di atas dapat diturunkan dengan menambah atau mengurangi rumus Euler:

 
 

and solving for either cosine or sine.

Rumus ini bahkan dapat berfungsi sebagai definisi fungsi trigonometri untuk argumen kompleks x. Contohnya, membiarkan x = iy, kita punya:

 
 

Aplikasi lainSunting

Dalam persamaan diferensial, fungsinya eix sering digunakan untuk menyederhanakan derivasi, meskipun jawaban akhirnya adalah fungsi nyata yang melibatkan sinus dan kosinus. Identitas Euler adalah konsekuensi mudah dari rumus Euler.

Dalam teknik kelistrikan dan bidang lainnya, sinyal yang berubah secara berkala dari waktu ke waktu sering kali digambarkan sebagai kombinasi fungsi sinus dan kosinus (lihat analisis Fourier), dan ini lebih mudah diekspresikan sebagai bagian nyata dari fungsi eksponensial dengan eksponen imajiner, menggunakan rumus Euler.

BuktiSunting

 
Animasi pembuktian menggunakan deret Taylor.

Berbagai bukti dari rumus tersebut dimungkinkan.

Menggunakan deret TaylorSunting

Berikut adalah bukti rumus Euler menggunakan ekspansi deret Taylor serta fakta dasar tentang kekuatan i:

 
 
 
 
 
 

dan seterusnya. Fungsinya ex, cos(x) dan sin(x) (dengan asumsi x adalah riil) dapat ditulis sebagai:

 
 
 

dan untuk kompleks z kita mendefinisikan masing-masing fungsi ini dengan rangkaian di atas, menggantikan x dengan iz. Kemungkinan karena radius konvergensi dari setiap deret tidak terbatas. Kami kemudian menemukan itu

 
 
 
 

Penataan kembali suku-suku dibenarkan karena setiap deret adalah konvergensi mutlak. Pengambilan z = x menjadi bilangan real memberikan identitas asli saat Euler menemukannya.

Q.E.D.

Menggunakan kalkulusSunting

Tentukan bilangan kompleks   seperti yang

  (mengabaikan istilah modulus, karena ini akan dibatalkan nanti)

Membedakan   sehubungan dengan  :

 

Menggunakan fakta i2 = -1:

 

Memisahkan variabel dan mengintegrasikan kedua sisi:

 
 

dimana

  adalah konstanta integrasi.


ReferensiSunting

  • Feynman, Richard P., The Feynman Lectures on Physics, vol. I Addison-Wesley (1977), ISBN 0-201-02010-6, ISBN 02010211161

Pranala luarSunting

Lihat pulaSunting