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2024e^2=e(6篇)

时间:2024-08-28 14:00:08 公文范文 浏览量:

篇一:e^2=e

  

  关于e的运算法则

  e是数学中的一个常数,也称为自然常数。它是一个无限不循环小数,约等于2.71828。e的运算法则如下:

  1.e的幂运算:e的任何幂次方都等于以e为底的指数函数。例如,e的2次方等于e^2,e的3次方等于e^3。

  2.e的对数运算:以e为底的对数称为自然对数,记作ln。lnx表示以e为底的对数。例如,ln(e)=1,ln(e^2)=2。

  3.e的指数运算:e的指数函数可以表示为e^x。其中x为实数。e^x的图像是一个上凸的指数函数,具有以下性质:

  a.当x=0时,e^x=1;

  b.当x>0时,e^x是一个递增函数;

  c.当x<0时,e^x是一个递减函数。

  4.e的微积分运算:在微积分中,e具有以下性质:

  a.e的导数为其本身,即de/dx=e;

  b.e^x的导数为e^x,即d(e^x)/dx=e^x;

  c.ln(x)的导数为1/x,即d(lnx)/dx=1/x。

  总之,e是数学中一个非常重要的常数,其运算法则在微积分、指数函数等领域均有广泛应用。

  -1-

篇二:e^2=e

  

  A=74=db=0c=e7=12=e8=95=2bB=77=d8=0f=e4=11=eb=96=2C=76=d9=0e=e5=10=ea=97=29D=71=de=09=e2=17=ed=90=2e

  E=70=df=08=e3=16=ec=91=2fF=73=dc=0b=e0=15=ef=92=2c

  G=72=dd=0a=e1=14=ee=93=2dH=7d=d2=05=ee=1b=e1=9c=22I=7c=d3=04=ef=1a=e0=9d=23J=7f=d0=07=ec=19=e3=9e=2K=7e=d1=06=ed=18=e2=9f=21L=79=d6=01=ea=1f=e5=98=26M=78=d7=00=eb=1e=e4=99=27N=7b=d4=03=e8=1d=e7=9a=24O=7a=d5=02=e9=1c=e6=9b=25P=65=ca=1d=f6=03=f9=84=3a

  Q=64=cb=1c=f7=02=f8=85=3bR=67=c8=1f=f4=01=fb=86=3S=66=c9=1e=f5=00=fa=87=39T=61=ce=19=f2=07=fd=80=3e

  U=60=cf=18=f3=06=fc=81=3fV=63=cc=1b=f0=05=ff=82=3c

  W=62=cd=1a=f1=04=fe=83=3dX=6d=c2=15=fe=0b=f1=8c=32Y=6c=c3=14=ff=0a=f0=8d=33Z=6f=c0=17=fc=09=f3=8e=3space=15=ba=6d=86=73=89=f4=4a

  1=04=ab=7c=97=62=98=e5=5b

  2=07=a8=7f=94=61=9b=e6=583=06=a9=7e=95=60=9a=e7=54=01=ae=79=92=67=9d=e0=5e5=00=af=78=93=66=9c=e1=5f

  6=03=ac=7b=90=65=9f=e2=5c7=02=ad=7a=91=64=9e=e3=5d

  8=0d=a2=75=9e=6b=91=ec=529=0c=a3=74=9f=6a=90=ed=530=05=aa=7d=96=63=99=e4=5a~=4b=e4=33=d8=2d=d7=aa=14`=55=fa=2d=c6=33=c9=b4=0a

  !=14=bb=6c=87=72=88=f5=4b

  @=75=da=0d=e6=13=e9=94=2a#=16=b9=6e=85=70=8a=f7=4$=11=be=69=82=77=8d=f0=4e%=10=bf=68=83=76=8c=f1=4f

  ^=6b=c4=13=f8=0d=f7=8a=34&=13=bc=6b=80=75=8f=f2=4c

  *=1f=b0=67=8c=79=83=fe=40(=1d=b2=65=8e=7b=81=fc=42)=1c=b3=64=8f=7a=80=fd=43-=18=b7=60=8b=7e=84=f9=4_=6a=c5=12=f9=0c=f6=8b=35+=1e=b1=66=8d=78=82=ff=41==08=a7=70=9b=6e=94=e9=57[=6e=c1=16=fd=08=f2=8f=31]=68=c7=10=fb=0e=f4=89=37{=4e=e1=36=dd=28=d2=af=11}=48=e7=30=db=2e=d4=a9=1;=0e=a1=76=9d=68=92=ef=51:=0f=a0=77=9c=69=93=ee=5\"=12=bd=6a=81=74=8e=f3=4d

  “=17=b8=6f=84=71=8b=f6=4,=19=b6=61=8a=7f=85=f8=46<=09=a6=71=9a=6f=95=e8=56.=1b=b4=63=88=7d=87=fa=44>=0b=a4=73=98=6d=97=ea=54?=0a=a5=72=99=6c=96=eb=55/=1a=b5=62=89=7c=86=fb=45\=69=c6=11=fa=0f=f5=88=36|=49=e6=31=da=2f=d5=a8=16

篇三:e^2=e

  

  e为底的指数公式大全

  e为底的指数公式大全

  以e为底的运算法则有:lne=1、lne^x=x、lne^e=e、e^(lnx)=x、de^x/dx=e^x等。运算法则:

  (1)lne=1;

  (2)lne^x=x;

  (3)lne^e=e;

  (4)e^(lnx)=x;

  (5)de^x/dx=e^x;

  (6)dlnx/dx=1/x;

  (7)∫e^xdx=e^x+c;

  (8)∫xe^xdx=xe^x-e^x+c;

  (9)e^x=1+x+x^2/2!+x^3/3!+x^4/4!+。

  (10)d(e^xsinx)/dx=e^xsinx+e^xcosx=e^x(sinx+cosx)。

篇四:e^2=e

  

  自然对数e的由来

  e,作为数学常数,是自然对数函数的底数。有时称它为欧拉数(Eulernumber),以瑞士数学家欧拉命名;也有个较鲜见的名字纳皮尔常数,以纪念苏格兰数学家约翰·纳皮尔引进对数。它就像圆周率

  π和虚数单位i,e是数学中最重要的常数之一。

  它的数值约是(小数点后100位):e≈2.7182818284590452353602874713526624977572470936999595749669676277240766303535475945713821785251664274第一次提到常数

  e,是约翰·纳皮尔于

  1618年出版的对数著作附录中的一张表。但它没有记录这常数,只有由它为底计算出的一张自然对数列表,通常认为是由威廉·奥特雷德(WilliamOughtred)制作。第一次把e看为常数的是雅各·伯努利(JacobBernoulli).已知的第一次用到常数e,是莱布尼茨于1690年和1691年给惠更斯的通信,以b表

  示。1727年欧拉开始用e来表示这常数;而e第一次在出版物用到,是

  1736年欧拉的《力

  学》(Mechanica)。虽然以后也有研究者用字母c表示,但e较常用,终于成为标准。

  用

  e表示的确实原因不明,但可能因为

  e是“指数”(exponential)一字的首字母。另一看

  法则称

  a,b,c和

  d有其他经常用途,而e是第一个可用字母。不过,欧拉选这个字母的原因,不太可能是因为这是他自己名字

  Euler的首字母,因为他是个很谦虚的人,总是恰当

  地肯定他人的工作。

  很多增长或衰减过程都可以用指数函数模拟。指数函数的重要方面在于它是唯一的函数与其导数相等(乘以常数)。e是无理数和超越数(见林德曼—魏尔施特拉斯定理(Lindemann-Weierstrass))。这是第一个获证为超越数,而非故意构造的(比较刘维尔数);由夏尔·埃尔米特(CharlesHermite)于1873年证明。

  当x趋于正无穷大或负无穷大时,“1加x分之一的x次方”这个函数表达式(1+1/x)^x的极限就等于e,用公式表示,即:

  lim(1+1/x)^x=e(x趋于±∞)

  实际上

  e就是欧拉通过这个极限而发现的,它是个无限不循环小数,其值等于

  2.71828……。以

  e为底的对数叫做自然对数,用符号“ln”表示。

  以

  e为底的对数(自然对数)和指数,从数学角度揭示了自然界的许多客观规律,比如指数函数“e的x次方”对x的微分和积分都仍然是函数本身。后人把这个规律叫做“自然律”,其中e是自然律的精髓。因此,上述求极限

  e的公式被英国科学期刊《物理世界》2004年10月号公布为读者选出的科学界历来“最伟大的公式”之一,并且名列第二。

  欧拉(LeonhardEuler公元1707-1783年)1707年出生在瑞士的巴塞尔(Basel)城,13岁就进巴塞尔大学读书,得到当时最有名的数学家约翰·伯努利(JohannBernoulli,166-1748年)的精心指导。

  欧拉渊博的知识,无穷无尽的创作精力和空前丰富的著作,都是令人惊叹不已的!他从19岁开始发表论文,直到76岁,半个多世纪写下了浩如烟海的书籍和论文。到如今几乎每一

  个数学领域都可以看到欧拉的名字,从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几

  何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数

  论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式等等,数也数不清。他对数学分析

  的贡献更独具匠心,《无穷小分析引论》一书便是他划时代的代表作,当时数学家们称他为

  “分析学的化身”。

  欧拉是科学史上最多产的一位杰出的数学家,称为数学界的莎士比亚。据统计他那不倦的一

  生,共写下了886部书籍和论文,其中分析、代数、数论占40%,几何占18%,物理和力

  学占28%,天文学占

  11%,弹道学、航海学、建筑学等占

  3%。彼得堡科学院为了整理他

  的著作,足足忙碌了47年!数学史上称18世纪为“欧拉时代”。

  欧拉还创设了许多数学符号,例如函数

  f(x)(1734年),π(1736年),log和

  e(1748年),sin和

  cos(1748年),tg(1753年),△x(1755年),∑(1755年),虚数i(1777年)

  等等。

  欧拉著作的惊人多产并不是偶然的,他可以在任何不良的环境中工作,他常常抱着孩子在膝

  上完成论文,也不顾

  13个孩子在旁边喧哗。他那顽强的毅力和孜孜不倦的治学精神,使他

  在

  59岁双目失明后的17年间,他还口述了几本书和400篇左右的论文。

  19世纪伟大数学家高斯(Gauss,1777-1855年)曾说:“研究欧拉的著作永远是了解数学的最好方法。”欧拉的父亲保罗·欧拉(PaulEuler)也是一个数学家,原希望小欧拉学神学,同时教他一点教学。由于小欧拉的才华和异常勤奋的精神,又受到约翰·伯努利的赏识和特殊指导,当他在19岁时写了一篇关于船桅的论文,获得巴黎科学院的奖的奖金后,他的父亲就不再反对他攻读数学了。

  1725年约翰·伯努利的儿子丹尼尔·伯努利赴俄国,并向沙皇喀德林一世推荐了欧拉,这样,在1727年5月17日欧拉来到了彼得堡。1733年,年仅26岁的欧拉担任了彼得堡科学院数学教授。

  1735年,欧拉解决了一个天文学的难题(计算慧星轨道),这个问题经几个著名数学家几

  个月的努力才得到解决,而欧拉却用自己发明的方法,三天便完成了。然而过度的工作使他

  得了眼病,并且不幸右眼失明了,这时他才28岁。

  1741年欧拉应普鲁士彼德烈大帝的邀请,到柏林担任科学院物理数学所所长,直到1766年,后来在沙皇喀德林二世的诚恳敦聘下重回彼得堡,不料没有多久,左眼视力急剧衰退,最后也完全失明。

  不幸的事情接踵而来。1771年彼得堡的大火灾殃及欧拉住宅,带病且双目失明的64岁的欧拉,被围困在大火中。虽然他被别人从火海中救了出来,但他的书房和大量研究成果全部

  化为灰烬了。

  沉重的打击,仍然没有使欧拉倒下,他发誓要把损失夺回来。欧拉完全失明以后,仍然以惊

  人的毅力与黑暗搏斗,凭着记忆和心算进行研究,直到逝世,竟达

  17年之久。欧拉的记忆

  力和心算能力是罕见的,他能够复述年青时代笔记的内容,心算并不限于简单的运算,高等

  数学一样可以用心算去完成。欧拉在失明的17年中,还解决了使牛顿头痛的月离问题和很

  多复杂的分析问题。

  欧拉的风格是很高的,拉格朗日是稍后于欧拉的大数学家,从

  19岁起和欧拉通信,讨论等

  周问题的一般解法,这引起变分法的诞生.等周问题是欧拉多年来苦心考虑的问题,拉格朗

  日的解法,博得欧拉的热烈赞扬,1759年10月2日欧拉在回信中盛称拉格朗日的成就,并谦虚地压下自己在这方面较不成熟的作品暂不发表,使年青的拉格朗日的工作得以发表和

  流传,并赢得巨大的声誉。他晚年的时候,欧洲所有的数学家都把他当作老师,著名数学家

  拉普拉斯(Laplace)曾说过:“欧拉是我们的导师。”

  欧拉充沛的精力保持到最后一刻,1783年9月18日下午,欧拉为了庆祝他计算气球上升定律的成功,请朋友们吃饭,那时天王星刚发现不久,欧拉写出了计算天王星轨道的要领,还和他的孙子逗笑,喝完茶后,突然疾病发作,烟斗从手中落下,口里喃喃地说:“我死了”,欧拉终于“停止了生命和计算”。

  欧拉的一生,是为数学发展而奋斗的一生,他那杰出的智慧,顽强的毅力,孜孜不倦的奋斗精神和高尚的科学道德,永远是值得我们学习的。

  欧拉一生谦逊,从没有用自己的名字给他发现的东西命名。只有那个大约等于

  2.71828的自然对数的底,被他命名为

  e。但因他对数学广泛的贡献,因此在许多数学分支中,反而经常见到后人以他的名字命名的重要常数、公式和定理。

  相对于

  π是希腊文字中圆周第一个字母,e的由来较不为人熟知。有人甚至认为:欧拉取自

  己名字的第一个字母e作为自然对数的底。

  其实欧拉选择

  e的理由,较为多数人所接受的说法有二:一为在

  a,b,c,d等

  四个常被使用的字母后面,第一个尚未被经常使用的字母就是

  e,所以,他很自

  然地选了这个符号,代表自然对数的底数;另一说法为

  e是“指数”一词英文的第一个字母,虽然你或许会怀疑瑞士人欧拉的母语不是英文,可事实上法文、德文的“指数”都是它。究竟e的来历是什么?至今仍然是个谜。

  END

篇五:e^2=e

  

  e的幂的运算法则

  e的幂是指以自然常数e为底数,以任一实数x为指数所得的结果。e的幂的运算法则包括基本性质、乘法公式、除法公式和幂函数的性质。

  一、基本性质

  1.特殊值

  当x=0时,e的幂得到的结果是1;当x=1时,e的幂得到的结果是e;当x=-1时,e的幂得到的结果是1/e。

  2.交换律

  e的幂的指数如果相同,两个幂进行运算时,可以交换其底数,即e^(x+y)=e^y*e^x。

  3.结合律

  e的幂的指数如果不同时只能先把指数相同的项合并,再进行运算,即e^(x+y+z)=e^(x+(y+z))=e^(x+y)*e^z。

  4.分配律

  e的幂和整数进行运算时颇为复杂,但有一个特殊情况是可以使用分配律的,即e^(x+y)*z=e^(x+y)*e^z。

  5.幂的乘方

  如果指数相同,即e^x*e^x=e^2x。

  二、乘法公式

  1.幂的加法

  e的幂与自然对数(ln)一样,都是对加法的诉求量较为特殊的数,其中e的幂具有分配率,即e^(x+y)=e^xe^y。

  2.幂的减法

  e的幂与自然对数(ln)一样,都是对减法的诉求量较为特殊的数,其中e的幂用分配律处理,即e^x/e^y=e^(x-y)。

  三、除法公式

  1.指数的加减

  e的幂与自然对数(ln)一样,都特别喜欢处理无理化分式的问题。如其中一项为分数又是指数形式时可以使用加减法则,即e^x/y?e^y/x=e^(xy)/(y?x)。

  2.幂函数求导

  幂函数求导时,可使用e的泰勒公式,即e^hx=∑(hn/x^n!),其中h为自变量x的增量,n为阶乘,∑为求和符号。

  四、幂函数的性质

  1.连续性

  e的幂与自然对数(ln)一样,在其定义域内具有连续性,其图像始终各不相离,符合闭集和开集的特点。

  2.增长性

  e的幂与自然对数(ln)一样,具有指数性的增长特点,在其定义域内,随着自变量x的增加而呈指数型增长。

  3.最值性

  e的幂与自然对数(ln)一样,在其定义域内,具有最值性,即当x等于零时,e的幂得到的结果最小,值为1,随着x的增加,结果也随之增加,无极大值。

  总之,e的幂的运算法则是学习和掌握高等数学的重要基本知识点之一。学好这个知识点,可以帮助我们掌握高等数学的基本概念,从而更好地掌握这门学科。

篇六:e^2=e

  

  最讲理的无理数ee是一个数的代表符号,而我们要说的,便是e的故事。要想讲清楚它,真的不容易,大家都记都高等数学里的那个重要极限吧,就是

  你知道它里面蕴含着我们身边哪些实用的规律吗?

  e也是自然对数的底,什么叫自然对数?

  下面我们就从自然讲起。

  一、自然与自然科学的诞生

  我们知道,人类历史上曾出现过很多辉煌的文明,例如大家熟知的四大文明:古巴比伦、古埃及、古印度河以及古代中国。

  但是要说谁对现代文明的影响最大?对不起,四大文明谁都排不上!真正对现代文明影响最大的是古希腊文明,特别是古希腊的哲学、科学思想,是整个现代文明的源头和基石。这里并不是要贬低四大文明,现代文明也从各文明继承了大量的文化遗产,只是相比古希腊要少很多。

  其中最重要的原因是因为古希腊哲学家发明了科学的思维方法和“自然”(Natural)这个词,在理论中用自然来取代具体的神灵,这是人类文明史上划时代的发明。如果没有这个发明,现代文明可能还会晚出现数千年,所以这是至关重要的进步。

  人们在解释世间万物的运行时,总是要引入神灵等超自然、拟人化的因素。直到公元前624年,泰勒斯的出现,才第一次用自然取代神灵的位置。

  泰勒斯被称为“科学和哲学之祖”、“科学之父”、“哲学史上第一人”!其实泰勒斯是个多神论者,他认为神是存在的,是神让万物有了自己内在的规律。泰勒斯的最大贡献,开创了一套认识世界的全新思维方法,他关注的是证据、规律、理性,而不是神。

  尽管泰勒斯提出的理论现在看起来很粗糙。但这是一种可靠的、可进化的理论体系。后来的希腊哲学家不断借鉴和发展泰勒斯的理论,建立了“自然”的概念,“自然”代表万物因为本源而发生自然而然的变化。赫拉克利特还引入了逻各斯(英语:Logos)的观点,用以说明万物变化的规律性。逻各斯原来是指语言、演说、交谈、故事、原则等,这里的逻各斯则主要指一种尺度、大小、分寸,即数量上的比例关系。后来对数的发明人纳皮尔就用Logos和arithmos(算法)创造了单词Logarithm来命名对数法,经过后人简化变成了对数符号log。

  古希腊的学者还给“自然”赋予美的含义,他们认为规律性就是一种和谐感,数学的比例是种超越肉体感官、只能靠心智才能领悟到的美。毕达哥拉斯就是其中最极端的代表,他对数学美的狂热追求超过了偏执的程度,美像神一样不可冒犯,毕达哥拉斯主义走向了科学的反面,成了宗教。

  这种宗教的狂热驱动他和信徒们不断的去挖掘“自然”之美,并在数学之外的音乐、建筑、雕刻、绘画等领域发现了大量的比例关系,最有名的是毕达哥拉斯定理(中国叫勾股定理)。毕达哥拉斯认为所

  有图形中,圆是最对称的,所以圆是最完美的图形。

  古希腊时代是一个科学、哲学大爆炸的时代,原本黑暗的天空中突然爆发出无数的新星:赫拉克利特、毕达哥拉斯、德谟克利特、苏格拉底、柏拉图、亚里士多德、阿基米德、欧几里得、希波克拉底等等,都因为得益于这套思维方法,发现了大量的自然规律,成为各学科领域里开天辟地的先贤。

  经过2500多年的不懈努力,终于在古希腊文明所铺就的最稳固基石上,人类建立起了现代文明的宏伟大厦。

  二、自然数中也有自然

  古希腊认为像1、2、3这样的数,是事物本身就有的属性,可以用来描述日常事物的数量和顺序,无需过多解释,就是3岁小孩也能快速理解,所以这些数被称为自然数(Naturalnumber)。

  但这种朴素的自然观限制了数的范围,无法解释0,负数、分数、小数等数。古希腊人认为这些数并不自然,是人为了计算而发明出来的,不是自然的数。

  毕达哥拉斯就非常厌恶无理数,无理数的不规律破坏了和谐美。他的门生希帕索斯Hippasus就是因为发现了√2并公布出去,居然被毕达哥拉斯以渎神的罪名被淹死了,这被称为数学史上的第一次数学危机。后人认为毕达哥拉斯也发现了黄金分割率,但因为也是无理数,所以一直秘而不宣。

  现代我们知道,没有受过基础数学教育的人要想理解这些数,不仅需要了解更复杂的概念模型,还要熟悉加、减、乘、除等运算方法,只有这样才能完全明白。而更复杂的数,例如无理数、代数数和超越数,也需要了解更复杂的运算。

  三、从e的定义中我看到了钱

  首先给出e的计算公式

  这个公式表达了什么?

  假设你在银行存了1元钱(下图蓝圆),很不幸同时又发生了严重的通货膨胀,银行存款利率达到了逆天的100%!

  银行一般1年才付一次利息,根据下图,满1年后银行付给你1元利息(绿圆),存款余额=2元

  此时用公式表示你的钱为

  银行发善心,每半年付利息,你可以把利息提前存入,利息生利息(红圆),1年存款余额=2.25元.此时用公式表示你的钱为

  假设银行超级实在,每4个月就付利息,利息生利息(下图红圆、紫圆),年底的余额≈2.37元

  此时用公式表示你的钱为

  假设银行人品爆发,一年365天,愿意天天付利息,这样利滚利的余额≈2.71456748202元.此时用公式表示你的钱为

  假设银行丧心病狂的每秒付利息,你也丧心病狂的每秒都再存入,1年共31536000秒,利滚利的余额≈2.7182817813元,这个数越来越接近于e了!

  此时用公式表示你的钱为

  对!1元存1年,在年利率100%下,无论怎么利滚利,其余额总有一个无

  法突破的天花板,这个天花板就是什么?

  联想到

  所以这个天花板就是数e.

  年利率为1(100%)的1元存款,利滚利的次数n趋于无穷,存款就无限接近e,即e是存款的最大值。

  如果将年利率改为0.05,则有

  如果将年利率改为2,则有

  怎么样,看到这里你还会认为重要极限没有什么实际用处吗?

  所以e是当增长率固定时单位时间内无限细分的增长的极限!

  四、有一种增长叫自然增长

  好!我们继续谈增长。

  上例说明了当增长率不变时单位时间内增长的极限,如果增长率不变,那么n个单位时间后增长了多少?

  设利率仍为1,显然第二年为2,第二年为4,于是n年后你的存款为2^n元,你知道这个规律意味着什么吗?

  给你讲个故事:

  阿基米德与国王下棋,国王输了,国王问阿基米德要什么奖赏?阿基米德对国王说:“我只要在棋盘上第一格放一粒米,第二格放二粒,第三格放四粒,第四格放十六粒…按这个方法放满整个棋盘就行.”国王以为要不了多少粮食,就随口答应了,实际上若每人每天吃500g大米,则第64格的大米可供13亿人吃971904年!

  这就是指数式增长的威力!指数式增长就是自然增长,是大自然最基本的规律!

  为什么说指数式增长是最自然的一种增长方式?

  我们存钱时有利息,第二年后把利息存进去利息再生利息,这叫复利;单细胞生物分裂后的新细胞再一段时间后也会分裂;这些都是复增长,也就是说增长的量与上一个周期新生成的增量有关,这就是指数式增长!

  好,同样是指数式增长,2^n与e^n之间有什么关系?

  根据前面所讲,当1年内利率不变时,将1年分割成无数多个小时间单位存取,最后的极限存款为e,所以按照同样的操作将n年也这样划分,n年后将得到的极限存款为e^n元!推广到更一般的情况:

  增长率为变是什么意思?前面讨论的是离散的情况,下面讨论连续的情况:

  设在时刻的初始量为f(0),t时刻的量为f(t),自然增长就是增长率与保有量成正比,即

  由此推出其中一个解为f(t)=e^(kt),当k=1时,f(t)=e^t,这就是e所代表的自然增长规律中无限内分的一个极限值。

  五、利息的逆运算

  还是从一个虚构的故事开始:

  有一土豪要去银行存入大额存款,比如存1元。

  银行经理推荐他投资理财产品,因为年利率高达100%,按照指数运算,blablabla……

  但土豪的数学只有小学水平,听不懂有点烦,就问投资多长时间才能到10倍,100倍,1000倍?

  经理有点懵,土豪不按常理出牌啊!

  一般人都是根据存款时间问收益,例如收益第1年多少、第2年多少、第3年多少……

  土豪居然逆向思维,根据收益问时间,多少年2倍,多少年5倍,多少年10倍!

  不愧是老板,不问过程,只问结果!

  于是经理就从第1年开始算,把10年内每年的收益都算出来,列成一个收益列表,如下

  图:

  然后再找出收益最接近10倍,100倍,1000倍的年份指给土豪

  土豪一看第4年、第7年、第10年就肯定超过预期收益,非常高兴!

  经理用这张表查找收益,再找到最接近收益的大体年份的过程,就是利息的逆运算,是最简单的对数运算,这个表就是对数表的雏形。

  其实这和我们根据加法表进行减法运算、根据乘法表进行除法运算是同一个道理。

  例如知道了3x7=21,就可以很快知道21/3的除法逆运算结果了。

  好了,放松一下大脑,继续回来穿越历史。

  六、对数发明的历史

  据说4000多年前,古巴比伦时代的人们就发明对数和对数表了,但因为我没找到资料证实,只能从近代开始。

  16、17世纪,英、法加入了大航海的行列,开始了美洲殖民地的开拓,远洋贸易变得日益频繁。那时的人们已经知道地球是球形,大海上船只的位置靠经纬度来确定。

  纬度测定很容易,几千年前人们就知道,通过测量北极星的仰角,可以估算出船已经在南北方向航行了多远。但是经度的测量不是一般的困难。在茫茫的大洋上,如果无法准确测定船只的经度,代价会极为高昂。

  1707年,四艘英国战舰击败法国地中海舰队回航,10多天的浓雾让舰队完全迷失,因为算错经度,舰队触礁,两千名士兵死亡。1714年英国悬赏2万英镑(相当于现代的2000多万人民币),寻求精确测得经度的方法。

  对于商人来说,与市场上的同类对手竞争,谁的航海定位越准确,意味着风险越低、利润越高。

  对海军也是,同样的战舰,定位越准确,航行的时间越短,在战争中速度往往是决胜的关键。

  经度的精确测量问题直到18世纪才得到有效解决,这归功于约翰·哈里森发明了高精度机械钟表。这段历史还被拍成了电影和记录片,推荐一本精彩的书《经度:一个孤独的天才解决他所处时代最大难题的真实故事》和罗辑思维的节目《击溃牛顿的钟表匠》。

  但是在哈里森之前的数百年里,人们只能求助于天文学家来解决,因为天空就是人们最早、最精确的钟表,太阳、月亮、星星等天体就是上面的表针,读懂这个钟表,就可以知道时间和经度了。

  天文学家观测天体,计算出运行的轨道,来预测未来几年每个时间点上天体所在的精确位置,英国天文学家以格林尼治天文台的时间为基准,再把时间和天体位置整理成详细的表格,公开出版发行。这套星表可不便宜,星表加上六分仪售价约20英镑,相当于现在2万人民币,即便这样也经常脱销。海上的人用六分仪测量天体,再去查那本高价天文表格,求得当地时间和格林尼治时间,知道两地的时间差,就知道现在的经度了。

  16世纪和17世纪之交,天文学家第谷和开普勒通过大量的观测,绘制了当时最精确的星图,解决了天文学家天文数据精度不足的难题。有了高精度的星图,全欧洲的数学家开始了天体轨道的计算竞赛,很多科学家也因此获得了商业和学术上的丰厚回报。那时的天文学家、数学家可不是像现代这么冷门,更像当今那些IT、金融等热门行业里的精英一样,享受着人人羡慕的不菲高薪。

  顺便说一下,日心说之所以能取代地心说,也是因为日心说模型更简洁,不仅计算起来更简单,而且预测非常准确,可以很好的解释行星逆行等现象,这是地心说完全做不到的。

  即使这样,要想预测天体的运行,其计算也是极其繁琐和浩瀚的,在解决计算问题时,数学家们发明了大量崭新的数学理论和计算工具,包括对数、解析几何、微积分和牛顿力学等伟大的创新。可以说天文学是当时科学界最闪亮的宝石,是当时的高科技热门产业。

  其中,对数的发明人就是約翰·纳皮尔

  纳皮尔是天文学家、数学家,在计算轨道数据时,也被浩瀚的计算量所折磨。

  “看起来在数学实践中,最麻烦的莫过于大数字的乘法、除法、开平方和开立方,计算起来特别费事又伤脑筋,于是我开始构思有什

  么巧妙好用的方法可以解决这些问题。”--约翰·纳皮尔,《奇妙的对数表的描述》(1614)

  但纳皮尔不是一般人,不想像IT民工一样苦逼的重复劳动,于是用了20年的时间,进行了数百万次的计算,发明了对数和对数表,堪称学霸中的战斗机。

  为了理解对数计算的优势,我们通过案例来说明,下面的表格里有两个数列:

  第1行是自然数,他们是等差的;第2行是2的倍数,他们是等比的;

  要计算第2行的等比数列中任意两个数的乘积,例如16x64;先到第1行的等差数列,寻找对应的数,16对应4,64对应6;然后做加法,4+6=10,再查找10所对应等比数列的1024;得到计算结果就是16x64=1024借助这个表,仅靠心算就可以用4+6=10的加法,完成麻烦的16×64乘法。

  同样也可以进行除法变减法的运算,把1024/128,变为10-7=3,对应结果为8。

  把这个表变的更长,就可以计算数值更大的乘法,这个表就是极度简化的对数表。

  以上仅仅是对数的优点之一,对数的易于计算,大大减少了数学家、天文学家的计算量。

  拉普拉斯认为“对数的发现,以其节省劳力而延长了天文学家的寿命.”

  伽利略说过“给我空间、时间及对数,我就可以创造一个宇宙。”

  如果把对数表的数列设计成尺子,就成了计算尺

  把直尺掰弯了就成了柱状算尺,像不像风水大师的道具?

  七、美妙的螺线

  我们换一个视角看,你一定会大吃一惊。

  在上面的部分中,指数函数e^x的美并没有真正的体现出来。让我们知道二维坐标系除了直角坐标系外,还有一种常用的是极坐标系,如下图

  极坐标,e^θ,θ是点与极轴的夹角。这时的指数函数就会变成下图的样子,这个螺线叫对数螺线(Logarithmicspiral),又叫等角螺线。

  之所以叫等角螺线,是因为在极坐标中,螺线和射线的夹角始终是一个固定夹角,如下图所示,蓝线每次穿过射线时,其夹角是固定的,也就是等角,我们在后面会用到这个等角特性。

  斐波那契螺线

  89……这样的数列。

  其特点是前两个数加起来就是下一个数,例如

  斐波那契数列就是1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,1+1=21+2=32+3=5……

  34+55=89……

  用这些数画出来的半圆,可以拼接成下面的螺线形状,这就是斐波那契螺线

  这个数列还和黄金比例有关,例如55/34≈1.6176,接近黄金分割比例1.618,数列的数字越到后面,结果就越趋近于黄金分割这个无理数.不过斐波那契螺线仅仅是对一种叫黄金螺线的近似,黄金螺线是一种内涵黄金分割比例的对数螺线,下图红色的才是黄金曲线,绿色的是“假黄金螺线”(斐波那契螺线),近似却不重合。

  很多科学家发现对数螺线在自然界中广泛存在。从大如星系、台风,到小如花朵、海螺……宇宙中到处都是对数螺线的身影

  原来e以这种特殊的方式隐藏在自然之中。

  为什么自然界中存在这么多的对数螺线呢?

  因为对数螺线具有等角性,受环境影响,很多直线运动会转变为等角螺线运动。

  我们以飞蛾扑火为例

  亿万年来,夜晚活动的蛾子等昆虫都是靠月光和星光来导航,因为天体距离很远,这些光都是平行光,可以作为参照来做直线飞行。如下图所示,注意蛾子只要按照固定夹角飞行,就可以飞成直线,这样飞才最节省能量。

  但自从人类学会了使用火,这些人造光源因为很近,光线成中心放射线状,可怜的蛾子就开始倒霉了。

  蛾子还以为按照与光线的固定夹角飞行就是直线运动,结果越飞越坑爹,飞成了等角螺线,最后飞到火里去了,这种现象还被人类称为昆虫的正趋光性。

  结论

  历史上,"自然"是一种划时代的思维方法,自然还有和谐、完美的内涵,随着利息、对数、指数的发明,人们发现了e的存在;1元存1年,在年利率100%下,无穷次的利滚利就会达到e,大自然中存在着大量的自然增长,其增长规律可用y’=ky来表示,大自然中到处都有对数螺线的身影,数学家发现以e为底数的对数是计算中最简、最美、最自然的形式,把e冠以自然底数、自然常数之名,把e为底数的对数称为自然对数,是数学家们用自己的方式对e所进行的美学评价。

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