Експонента — показникова функція , де — число Ейлера .

Визначення Експоненціальна функція може бути визначена різними еквівалентними способами. Наприклад, через ряд Тейлора:

або через границю:

Тут — будь-яке комплексне число.

Властивості

, а зокрема, експонента — єдине рішення диференціального рівняння з початковими даними . Крім того, через експоненту виражаються загальні рішення однорідних диференціальних рівнянь. Експонента визначена на всій дійсній осі. Вона всюди зростає і строго більше нуля. Експонента — опукла функція. Обернена функція до неї — натуральний логарифм . Фур'є-образ експоненти не існує. Однак перетворення Лапласа існує. Похідна в нулі дорівнює , тому дотична до експоненті в цій точці проходить під кутом . Основна функціональна властивість експоненти, як і всякої показникової функції: . Безперервна функція з такою властивістю або тотожно дорівнює , або має вигляд , де — деяка константа.

, де і — гіперболічні синус і косинус.

Комплексна експонента

Комплексна експонента — математична функція, що задається співвідношенням , де є комплексне число. Комплексна експонента визначається як аналітичне продовження експоненти речовинного змінного :

Визначимо формальний вираз

.

Визначений таким чином вираз на дійсній осі буде збігатися з класичною дійсною експонентою. Для повної коректності побудови необхідно довести аналітичність функції , тобто показати, що розкладається в деякий збіжний ряд, що збігається до даної функції . Покажемо це:

Збіжність цього ряду легко доводиться:

.

Ряд усюди збігається абсолютно, тобто взагалі усюди збігається, таким чином, сума цього ряду в кожній конкретній точці буде визначати значення аналітичної функції . Згідно теореми єдиності, отримане продовження буде єдино, отже, на комплексній площині функція всюди визначена і аналітична.

Властивості

Комплексна експонента — ціла голоморфна функція на всій комплексній площині. В жодній точці вона не звертається в нуль. — періодична функція з основним періодом 2πi: . У силу періодичності комплексна експонента безкінечнолистна. В якості її області однолистності можна вибрати будь-яку горизонтальну смугу висотою . — єдина з точністю до постійного множника функція, похідна (а відповідно, і первісна) якої збігається з вихідною функцією. Алгебраїчно експонента від комплексного аргументу може бути визначена наступним чином: (формула Ейлера) Зокрема, має місце (тотожність Ейлера),

Варіації та узагальнення Аналогічно експонента визначається для елемента довільної асоціативної алгебри. У конкретному випадку потрібен також доказ того, що зазначені межі існують.

Матрична експонента Експоненту від квадратної матриці (або лінійного оператора) можна формально визначити, підставивши матрицю у відповідний ряд:

Визначений таким чином ряд збігається для будь-якого оператора з обмеженою нормою, оскільки мажорується поруч для експоненти норми Отже, експонента матриці завжди визначена і сама є матрицею.

За допомогою матричної експоненти легко задати вид рішення лінійного диференціального рівняння з постійними коефіцієнтами: рівняння з початковою умовою має своїм рішенням

h-експонента Введення -експоненти засноване на другій чудовій границі:

При виходить звичайна експонента.

Обернена функція Обернена функція до експоненційної функції — натуральний логарифм. Позначається :

Див. також Експоненційне зростання Показникова функція Список інтегралів від експоненціальних функцій

Джерела

Література

Посилання

«Експонента і число е: просто і зрозуміло » — переклад статті An Intuitive Guide To Exponential Functions & e | BetterExplained