e是一個(gè)重要的常數(shù),但是它的直觀含義卻不像π那么明了。我們都知道,圓的周長(zhǎng)與直徑之比是一個(gè)常數(shù),這個(gè)常數(shù)被稱為圓周率,記作π=3.14159…,可是如果我問你,e代表了什么,你能回答嗎?
不妨先來看看 維基百科 是怎么說的:
“e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。”
但是,你去看“ 自然對(duì)數(shù) ”這個(gè)條目,得到的解釋卻是:
“自然對(duì)數(shù)是以e為底的對(duì)數(shù)函數(shù),e是一個(gè)無理數(shù),約等于2.718281828。”
這構(gòu)成了循環(huán)定義,完全沒有說e是什么。在這種情況下,數(shù)學(xué)家選擇這樣一個(gè)無理數(shù)作為底數(shù),還號(hào)稱這種對(duì)數(shù)很"自然",這難道不是一件很奇怪的事情嗎?
到底什么是e?簡(jiǎn)單說來,e就是 增長(zhǎng)的極限 。
下面這個(gè)例子就是對(duì)e直觀含義的極好詮釋:
某種類的一群?jiǎn)渭?xì)胞生物每24小時(shí)全部分裂一次。在不考慮死亡與變異等情況下,那么很顯然,這群?jiǎn)渭?xì)胞生物的總數(shù)量每天都會(huì)增加一倍。據(jù)此我們可以寫出它的增量公式:
growth= 2 x x表示天數(shù)
這個(gè)式子可以改寫成如下的樣子:
growth= (1+100%) x 其中,1表示原有數(shù)量,100%表示單位時(shí)間內(nèi)(24小時(shí))的增長(zhǎng)率。
根據(jù)細(xì)胞生物學(xué),每過12個(gè)小時(shí),也就是分裂進(jìn)行到一半的時(shí)候,平均會(huì)新產(chǎn)生一半原數(shù)量的新細(xì)胞,新產(chǎn)生的細(xì)胞在之后的12小時(shí)內(nèi)已經(jīng)在分裂了。
因此一天24個(gè)小時(shí)可以分成兩個(gè)階段,每一個(gè)階段的細(xì)胞數(shù)量都在前一個(gè)階段的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)50%:

即在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi),這些細(xì)胞的數(shù)量一共可以增至為原數(shù)量的2.25倍。
倘若這種細(xì)胞每過8小時(shí)就可以產(chǎn)生平均1/3的新細(xì)胞,新生細(xì)胞立即具備獨(dú)立分裂的能力,那就可以將1天分成3個(gè)階段,在一天內(nèi)時(shí)間細(xì)胞的總數(shù)會(huì)增至為:

即最后細(xì)胞數(shù)擴(kuò)大為2.37倍。
實(shí)際上,這種分裂現(xiàn)象是不間斷、連續(xù)的,每分每秒產(chǎn)生的新細(xì)胞,都會(huì)立即和母體一樣繼續(xù)分裂,一個(gè)單位時(shí)間(24小時(shí))最多可以得到多少個(gè)細(xì)胞呢?答案是:

當(dāng)增長(zhǎng)率為100%保持不變時(shí),在單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞種群最多只能擴(kuò)大2.71828倍。 數(shù)學(xué)家把這個(gè)數(shù)就稱為e,它的含義是單位時(shí)間內(nèi),持續(xù)的翻倍增長(zhǎng)所能達(dá)到的極限值 。
這個(gè)值是自然增長(zhǎng)的極限,是“自然律”的精髓所在,因此以e為底的對(duì)數(shù),就叫做自然對(duì)數(shù)。

有了這個(gè)值以后,計(jì)算銀行的復(fù)利就非常容易。
假定有一家銀行,每年的復(fù)利是100%,請(qǐng)問存入100元,一年后可以拿多少錢?
答案是:

但是事實(shí)上,存儲(chǔ)利息沒有這么高,如果復(fù)利率只有5%,那么100元存一年可以拿到多少錢呢:

我們知道,在100%利息率的情況下,n=1000時(shí),下式的值非常接近e:

為了便于思考,取n等于50:

當(dāng)利息率是5%時(shí),存款增長(zhǎng)率就相當(dāng)于e的20分之一次方:

1/20正好等于5%,所以我們可以把上式改寫成:

rate表示利率。
再考慮時(shí)間因素,如果存款年限t年,那么存款最終增長(zhǎng)率為:

這說明e可以用于任何連續(xù)不斷的復(fù)合式增長(zhǎng)率的計(jì)算,而上式也是這個(gè)增長(zhǎng)率的通用計(jì)算公式。
帶著這個(gè)結(jié)論再回到上面的例子。如果銀行的利息率是5%的復(fù)利,求解100元存款翻倍需要多少時(shí)間就等價(jià)于解下面的方程:

計(jì)算結(jié)果得13.86年:

可以看到:用72除以增長(zhǎng)率就是翻倍的大致時(shí)間。這正是經(jīng)濟(jì)學(xué)上著名的72法則。
原文出處: http://betterexplained.com/articles/an-intuitive-guide-to-exponential-functions-e/新聞熱點(diǎn)
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