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泰勒級數、複數、簡諧運動

一、泰勒級數

f(ⅹ)=Σ(f⁽ⁿ⁾(a)/n!)*(ⅹ-a)ⁿ

當a=0→

f(ⅹ)=Σ(f⁽ⁿ⁾(0)/n!)*ⅹⁿ

eˣ=1+ⅹ+ⅹ²/2!+ⅹ³/3!+……=

Σⅹⁿ/n!

sinⅹ=ⅹ-ⅹ³/3!+ⅹ⁵/5!-ⅹ⁷/7!+……

cosⅹ=1-ⅹ²/2!+ⅹ⁴/4!-ⅹ⁶/6!+……

令用ⅰⅹ代替ⅹ,i=√-1,ⅰ²=-1→

eˣ=

1+ⅰⅹ-ⅹ²/2-ⅰ(ⅹ³/3!)+ⅹ⁴/4!+

ⅰ(ⅹ⁵/5!)-ⅹ⁶/6!-ⅰ(ⅹ⁷/7!)+……

=(1-ⅹ²/2!+ⅹ⁴/4!-ⅹ⁶/6!+……)

+i(ⅹ-ⅹ³/3!+ⅹ⁵/5!-ⅹ⁷/7!+……)=cosⅹ+ⅰsinⅹ

令x=θ→y=ⅰπ→eʸ=cosθ+ⅰsinθ,θ=π→eʸ=cosπ+ⅰsinπ=-1→

eʸ+1=0,y=ⅰπ

y=ⅰθ

e⁻ʸ=cosθ-ⅰsinθ,eʸ=cosθ+ⅰsinθ

cosθ=(eʸ+e⁻ʸ)/2

sinθ=(eʸ-e⁻ʸ)/(2ⅰ)

二、複數

ⅹ²=-1→ⅹ=±√-1,令ⅰ=√-1,ⅹ=±ⅰ,ⅰ為虛數

z=ⅹ+ⅰy,ⅹ、y為實數,z為複數,ⅹ為複數實部,ⅰy為虛部。建立ⅹ、y座標系,z為座標系中的向量。

z'=ⅹ-ⅰy,為z的共軛複數。

z*z'=ⅹ²-(ⅰ)²y²=ⅹ²+y²=|z|²,為z的模平方。

在ⅹ、y軸中,z與ⅹ軸夾角為θ,模長為R=ⅹ²+y²,ⅹ=Rcosθ,

y=Rsinθ,z=ⅹ+ⅰy=Rcosθ+ⅰRsinθ=

R(cosθ+ⅰsinθ)=Reʸ(y=ⅰθ)

z₁=ⅹ₁+ⅰy₁,z₂=ⅹ₂+ⅰy₂

z₁+z₂=(ⅹ₁+ⅹ₂)+ⅰ(y₁+y₂)

z₁*z₂=ⅹ₁ⅹ₂+ⅰⅹ₁y₂+ⅰⅹ₂y₁-y₁y₂

=ⅹ₁ⅹ₂-y₁y₂+ⅰ(ⅹ₁y₂+ⅹ₂y₁)

三、簡諧運動

彈簧

F=-kⅹ→ma=-kⅹ→

md²ⅹ/dt²=-kⅹ→

d²ⅹ/dt²=-(k/m)ⅹ,令ω=√(k/m)

→d²ⅹ/dt²=-ω²ⅹ→

ⅹ=Acos(ωt+Φ),A為振幅,φ初相

ω=√(k/m)=2π/T=2πf(T為週期,f為頻率)

單擺,擺長為L,擺球質量為m,擺角為θ

mgsinθL=Id²θ/dt²,θ很小時,

sinθ≈θ→-mgLθ=Ⅰd²θ/dt²,

令k=mgL→-kθ=Ⅰd²θ/dt²,ω=√(k/Ⅰ),ω=2π/T→

k/I=4π²/T²→T=2π√I/k=

2π√(mL²/mgL)=2π√(L/g),單擺擺動角度很小時,擺動週期只與擺長有關。

分類: 教育
時間: 2021-10-11

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