8 Komplexe Zahlen

8.1 Imaginäre Einheit und Darstellungen

8.1.5 Euler-Formel

Wenn wir in die Darstellung der komplexen Zahlen in ebenen Polarkoordinaten für Cosinus und Sinus die Taylor-Entwicklungen einsetzen, stoßen wir auf eine interessante Relation:

math formula

Falls wir darin die Relation math formula berücksichtigen, erhalten wir:

math formula und zusammengezogen:
math formula Ausgeschrieben ergibt das:
math formula
math formula

Diese Reihe kommt uns bekannt vor. Wir erkennen darin die Taylor-Reihe, die es uns gestattet hat, die Funktionswerte der Exponentialfunktion zu berechnen, nur dass da jetzt vor der reellen Variablen math formula ein math formula steht. Dadurch fühlen wir uns ermutigt, durch die obige Reihe die Exponentialfunktion für eine imaginäre Variable zu definieren:

Exponentialfunktion für eine imaginäre Variable: math formula

Mit dieser Definition erhält die gefundene Relation eine ganz einfache Gestalt, sie ist berühmt unter dem Namen:

Euler-Formel: math formula


Daraus entnehmen wir math formula und math formula. Da Cosinus und Sinus periodische Funktionen mit der Periode math formula sind, muß demnach auch die Exponentialfunktion einer imaginären Variablen eine math formula-periodische Funktion sein:

math formula-periodisch: math formula mit math formula

Mit der Euler-Formel haben wir neben den Darstellungen der komplexen Zahlen in kartesischen und Polarkoordinaten eine dritte sehr beliebte Darstellung erhalten:

Exponentialdarstellung der komplexen Zahl: math formula

Speziell für folgende komplexe Zahlen auf dem Einheitskreis: math formula stellen wir zum Auswendiglernen einige wichtige Relationen zusammen:

math formula, math formula, math formula, math formula