e^{ix} = \cos x + i \sin x 와 오일러 항등식

    \[e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + \frac{x^5}{5!} + \frac{x^6}{6!} + \frac{x^7}{7!} + \cdots \]

    \[\sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots\]

    \[\cos x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots\]

e^x의 무한 급수 표현에서 x대신 ix를 삽입하면 다음과 같이 표현된다.

    \begin{equation*}\begin{aligned}e^x &= 1 + ix + \frac{(ix)^2}{2!} + \frac{(ix)^3}{3!} + \frac{(ix)^4}{4!} + \frac{(ix)^5}{5!} + \frac{(ix)^6}{6!} + \frac{(ix)^7}{7!} + \cdots \\& = 1 + ix - \frac{x^2}{2!} -i \frac{x^3}{3!} + \frac{x^4}{4!} + i\frac{x^5}{5!} - \frac{x^6}{6!} - i \frac{x^7}{7!} + \cdots \\& = \left (1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \frac{x^6}{6!} + \cdots \right ) + i \left(x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \frac{x^7}{7!} + \cdots \right)\end{aligned}\end{equation*}

위 식에서 실수부는 \cos x의 급수 표현과 같고, 허수부는 \sin x의 급수 표현과 같으므로 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.

    \[ e^{ix} = \cos x + i \sin x \]

위 식에서 x의 값으로 \pi를 입력하면 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.

    \[ e^{i\pi} = \cos \pi + i \sin \pi = -1\]

위의 결과를 다시 정리하면 다음과 같이 표현할 수 있다.

    \[ e^{i\pi} + 1 = 0 \]

이 식이 수학에서 가장 중요한 상수로 알려진 e, i, \pi, 0, 1이 모두 나오는 ‘수학에서 가장 아름다운 식’으로 불리는 오일러 항등식이다.