Английская Википедия:Cis (mathematics)
Шаблон:Short description
Шаблон:Lowercase title
Шаблон:Redir
Шаблон:Use dmy dates
Шаблон:Math is a mathematical notation defined by Шаблон:Math,[nb 1] where Шаблон:Math is the cosine function, Шаблон:Mvar is the imaginary unit and Шаблон:Math is the sine function. Шаблон:Mvar is the argument of the complex number (angle between line to point and x-axis in polar form). The notation is less commonly used in mathematics than Euler's formula, Шаблон:Nowrap which offers an even shorter notation for Шаблон:Nowrap but cis(x)
is widely used as a name for this function in software libraries.
Overview
The Шаблон:Math notation is a shorthand for the combination of functions on the right-hand side of Euler's formula:
- <math>e^{ix} = \cos x + i\sin x,</math>
where Шаблон:Math. So,
i.e. "Шаблон:Math" is an acronym for "Шаблон:Math".
It connects trigonometric functions with exponential functions in the complex plane via Euler's formula. While the domain of definition is usually <math>x \in \mathbb{R}</math>, complex values <math>z \in \mathbb{C}</math> are possible as well:
- <math>\operatorname{cis} z = \cos z + i\sin z,</math>
so the Шаблон:Math function can be used to extend Euler's formula to a more general complex version.[5]
The function is mostly used as a convenient shorthand notation to simplify some expressions,[6][7][8] for example in conjunction with Fourier and Hartley transforms,[9][10][11] or when exponential functions shouldn't be used for some reason in math education.
In information technology, the function sees dedicated support in various high-performance math libraries (such as Intel's Math Kernel Library (MKL)[12] or MathCW[13]), available for many compilers, programming languages (including C, C++,[14] Common Lisp,[15][16] D,[17] Fortran,[18] Haskell,[19] Julia,[20] and Rust[21]), and operating systems (including Windows, Linux,[18] macOS and HP-UX[22]). Depending on the platform the fused operation is about twice as fast as calling the sine and cosine functions individually.[17][3]
Mathematical identities
Derivative
- <math>\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}z}\operatorname{cis} z = i\operatorname{cis} z = ie^{iz}</math>[1][23]
Integral
- <math>\int\operatorname{cis} z \,\mathrm{d}z = -i\operatorname{cis} z = -ie^{iz}</math>[1]
Other properties
These follow directly from Euler's formula.
- <math>\cos(x) = \frac{\operatorname{cis}(x) + \operatorname{cis}(-x)}{2} = \frac{e^{ix} + e^{-ix}}{2}</math>
- <math>\sin(x) = \frac{\operatorname{cis}(x) - \operatorname{cis}(-x)}{2i}= \frac{e^{ix} - e^{-ix}}{2i}</math>
- <math>\operatorname{cis}(x+y) = \operatorname{cis} x\,\operatorname{cis} y</math>[24]
- <math>\operatorname{cis}(x-y) = {\operatorname{cis} x \over \operatorname{cis} y}</math>
The identities above hold if Шаблон:Mvar and Шаблон:Mvar are any complex numbers. If Шаблон:Mvar and Шаблон:Mvar are real, then
- <math>|\operatorname{cis} x - \operatorname{cis} y| \le |x-y|.</math>[24]
History
The Шаблон:Math notation was first coined by William Rowan Hamilton in Elements of Quaternions (1866)[25][26] and subsequently used by Irving Stringham (who also called it "sector of Шаблон:Math") in works such as Uniplanar Algebra (1893),[27][28] James Harkness and Frank Morley in their Introduction to the Theory of Analytic Functions (1898),[28][29] or by George Ashley Campbell (who also referred to it as "cisoidal oscillation") in his works on transmission lines (1901) and Fourier integrals (1928).[30][31][32]
Шаблон:AnchorIn 1942, inspired by the Шаблон:Math notation, Ralph V. L. Hartley introduced the Шаблон:Math (for cosine-and-sine) function for the real-valued Hartley kernel, a meanwhile established shortcut in conjunction with Hartley transforms:[33][34]
- <math>\operatorname{cas} x = \cos x + \sin x.</math>
Шаблон:AnchorTwo hyperbolic function shortcuts have been defined as:[35]
- <math>\operatorname{cish} x = \cosh x + i\sinh x</math>
- <math>\operatorname{sich} x = \sinh x + i\cosh x</math>
Motivation
The Шаблон:Math notation is sometimes used to emphasize one method of viewing and dealing with a problem over another.[36] The mathematics of trigonometry and exponentials are related but not exactly the same; exponential notation emphasizes the whole, whereas Шаблон:Math and Шаблон:Math notations emphasize the parts. This can be rhetorically useful to mathematicians and engineers when discussing this function, and further serve as a mnemonic (for Шаблон:Math).[32]
The Шаблон:Math notation is convenient for math students whose knowledge of trigonometry and complex numbers permit this notation, but whose conceptual understanding does not yet permit the notation Шаблон:Math. As students learn concepts that build on prior knowledge, it is important not to force them into levels of math for which they are not yet prepared: the usual proof that Шаблон:Math requires calculus, which the student may not have studied before encountering the expression Шаблон:Math.
This notation was more common when typewriters were used to convey mathematical expressions.
See also
Notes
References
Ошибка цитирования Для существующих тегов <ref>
группы «nb» не найдено соответствующего тега <references group="nb"/>
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокWeisstein_cis
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокSimmons_2014_1
не указан текст - ↑ 3,0 3,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокRationale_2003_C
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокAmann-Escher_2006
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокMoskowitz_2002
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокSwokowski_2011
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокReis_2011
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокWeitz_2016
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокByrnes_2004
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокKammler_2008
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокLorenzo-Hartley_2016
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокIntel_MKL
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокBeebe_2017
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокIntel_2007_C++
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокLisp
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокLisp_2005
не указан текст - ↑ 17,0 17,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокD_2011
не указан текст - ↑ 18,0 18,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокIntel_2008_Fortran
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокHaskell
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокJulia
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокRust
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокHP_2007_UX
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокFuchs_2011_2
не указан текст - ↑ 24,0 24,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокFuchs_2011_1
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокHamilton_1866
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокHamilton_1899
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокStringham_1893
не указан текст - ↑ 28,0 28,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокCajori_1929
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокHarkness_Morley_1898
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокCampbell_1901
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокCampbell_1911
не указан текст - ↑ 32,0 32,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокCampbell_1928
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокHartley_1942
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокBracewell_1999
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокAhangar_2017
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокDiehl-Leupp_2010
не указан текст