事实上,对于自然对数的底e是有其生活原型的。在历史上,自然对数的底e与曾一个商人借钱的利息有关。教材中也指出,如果底数是以e为底的对数,我们称之为自然对数,并且自然对数的底e=2.71828……是一个无理数。大自然中太阳花的种子排列、鹦鹉螺壳上的花纹都呈现螺线的形状,而螺线的方程式,是要用e来定义的。

自然对数e,是咋来的?

自然对数e,是咋来的

e是“指数”(exponential)的首字母,也是欧拉名字的首字母。和圆周率π及虚数单位i一样,e有时被称为自然常数(Natural constant),是一个约等2.71828182845904523536……的无理数。是超越数,也就是说,它们不能用整系数的代数方程求解得来.第一次把e看成常数的是雅各布•伯努利,他开始尝试计算lim(1 1/n) n 的值,1727年欧拉首次用小写字母“e”表示这常数,此后遂成标准。

高中数学必修一对数与对数运算一节中,有以10为底的对数,即常用对数。教材中也指出,如果底数是以 e为底的对数,我们称之为自然对数,并且自然对数的底e=2.71828……是一个无理数。除此之外,我们知道甚少,e似乎是来自纯数学的一个问题。事实上,对于自然对数的底e是有其生活原型的。在历史上,自然对数的底e与曾一个商人借钱的利息有关。

假如,某人把本金M元存入银行,若年利率为r,那么一年后利息就为rM.把利息并入本金,得本利和为M rM=M(1 r)(元).如果以此作为新本金,再存入银行,再过一年,本利和就成了(1 r)M r(1 r)M=(1 r)²M(元).依次类推,本金M元,年利率r, n年后本利和便为(1 r)ⁿM(元).这就是年复利问题.如果不每年复利一次,而是每年复利k次,那么n年后本利和变为为增加本文的趣味性,将式子变为具体数值.假如某个小朋友有1元钱(M=1)存入银行,年利率为100%(r=1.通常年利率为5%~10%,本文做理论探讨,假设了这样一个特高的利率).若每年复利一次,到年终1元就变成了2元.若半年复利一次,到年终1元就变成了若每月复利一次,到年终为若每天复利一次,到年终为若每小时复利一次,到年终为若每分钟复利一次,到年终为即数学家欧拉把极限记作e,e=2.71828…,即自然对数的底。

这个极限是高等数学中的重要极限之一.我们通过计算复利问题得出,当然可用于计算复利问题.比如,本金M元,年利率r,每年复利k次,当k无限增大时,n年后的本利和,并不是无限增大,而是趋近于一个极限值,这个极限值就与e有关,即e是一个无限不循环小数,可以用如下级数求其近似值:取的位数越多,其精确程度越高.e的影响力其实还不限於数学领域。

大自然中太阳花的种子排列、鹦鹉螺壳上的花纹都呈现螺线的形状,而螺线的方程式,是要用e来定义的。建构音阶也要用到 e,而如果把一条链子两端固定,松松垂下,它呈现的形状若用数学式子表示的话,也需要用到e。气压公式(气压随高度的不同而变化);欧拉公式;物体冷却的规律;放射性衰变和地球的年龄;计算火箭速度的齐奥尔科夫斯基公式等.这些与计算利率或者双曲线面积八竿子打不著的问题,居然统统和e有关,岂不奇妙?。


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