相対性理論を学びたい人のために

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数学を悟ってみて(その20)

 現在2020年12月14日20時11分である。(この投稿は、ほぼ2049文字)

麻友「昨日は、投稿してくれなかったわね」

私「連載が長くなると、今までと矛盾することを書いていないかと、前の方の投稿をチェックしながら書くようになるので、時間がかかるんだ」

若菜「でも、ブログには、全文検索の機能があるから、楽ですね」

私「この全文検索の機能、コメントも見てくれると良いんだけど、コメントまでは検索してくれないんだよね」

結弦「あっ、そうか。他の人が書いてくれた、コメントまでは、検索してくれないのか」


麻友「この前の、この定理。残りの2つも、オイラーの公式で、片付けられない?」


[定理 9.32]

(1){\cos^2 x+\sin^2 x =1}

(2){\sin(x+y)=\sin x \times \cos y + \cos x \times \sin y}

(3){\cos(x+y)=\cos x \times \cos y -\sin x \times \sin y}


結弦「オイラーの公式は、

{e^{i \theta}=\cos{\theta}+i \sin{\theta}}

これだけど、{\theta =x+y} とすると、

{e^{i (x+y)}=\cos{(x+y)}+i \sin{(x+y)}}

だよね。これを、どうするの?」

麻友「特待生の腕の見せ所ね。

{e^{i x}=\cos{x}+i \sin{x}}

{e^{i y}=\cos{y}+i \sin{y}}

で、辺ぺん掛けるのよ。

{e^{i x}e^{i y}=(\cos{x}+i \sin{x})(\cos{y}+i \sin{y})}

結弦「分かった。これを、計算するんだね。指数は、足し算になるから、

{e^{i (x+y)}=e^{i x}e^{i y}=(\cos{x}+i \sin{x})(\cos{y}+i \sin{y})}

{=\cos{x}\cos{y}+i \sin{x} \cos{y} +i \cos{x} \sin{y}- \sin{x}\sin{y}}

{=\cos{x}\cos{y}- \sin{x}\sin{y}+i( \sin{x} \cos{y}+ \cos{x} \sin{y})}

で、これが、

{e^{i (x+y)}=\cos{(x+y)}+i \sin{(x+y)}}

と、一致する」

若菜「なるほど、これから、複素数の実部、虚部が、共に等しいから、

{\cos{(x+y)}=\cos{x}\cos{y}- \sin{x}\sin{y}}

{\sin{(x+y)}= \sin{x} \cos{y}+ \cos{x} \sin{y}}

となり、サインとコサインの加法定理が、得られます」


麻友「いつも、思うんだけど、『サイン、コサイン、タンジェント』とか、サインは、正弦、コサインは余弦、とか言って、必ずサインの方が、コサインより、大事にされる。でも、計算していくと、大抵の場合、サインよりコサインの方が、先に出て来るし、コサインの方が、実部だったりして、役に立つのよ。太郎さん、これ不公平だと思わない?」

私「まさに、私も、そう思っている。ただ、私が、最初に三角関数と対峙したのは、中学2年生のときの、望遠鏡のレンズの屈折率を表す、次の式でだったんだ」

{\displaystyle n=\frac{\sin \theta_0}{\sin \theta}}

若菜「この式は、どこから?」

私「最初にどの文献で見たか、覚えていない(確か、鶴見図書館で借りた、光学の本だった)ので、ファインマン物理学のⅡ巻の『第6章 屈折率の本質』の61ページから、持って来た」

若菜「そういうときでも、信頼できる本を、選ぶんですね」

私「ファインマン物理学が、かなわない事態は、よっぽどのことがない限り、ない。熱力学や、統計力学は、ちょっと不得手だが、この本はほとんどの物理学者が読んでいるから、間違いはほとんどないんだ」

麻友「太郎さんは、コサインより前に、サインに会っているのか」

私「それに、サインウェーブとは言うが、コサインウェーブとは言わない」

麻友「あっ、そうか」


私「サインとコサインの加法定理の証明まで、進んだね。続きは、明日以降に、しよう。セロクエルを飲むと、確実に馬鹿になるんだ。もう飲んじゃったから、ほとんど、書けない。おやすみ」

若菜・結弦「おやすみなさーい」

麻友「おやすみ」

 現在2020年12月14日22時07分である。おしまい。