學過數學的同學都知道自然對數的底e這個常數,它是數學中最重要的兩個常數之一,另一個是圓周率π,它最初來源于銀行複利問題。比如一個銀行的年利率是100%,我先存100塊,一年之後就可以取出200塊,如果我存到半年就取錢,此時的利率是50%,我可以取出150塊,那麼我再存進去,再過半年,本金加利息就是150*150%,就是225塊,如果将存錢的次數增加,那麼一年後我取出的錢就會增加,如果存錢的次數無窮增大,一年後的本金加利息就會趨近于一個值,這個值與最初的本金之比就是自然對數的底。
其實通過這個問題,大家不是很明白這個數的意義是什麼,如果銀行的年利率不是100%,而是其他數,那麼結果又是什麼呢?接下來我通過兩個例子來講解。
微生物的增長有什麼規律?假設一種細菌,它每分鐘分裂一次,變兩倍,最開始有一個,1分鐘後分裂一次為2個,2分鐘後分裂兩次為4個,3分鐘後分裂三次為8個,那麼n分鐘後的數量就是2的n次方個,這種增長就是指數增長。
提起放射性同位素,我們都知道半衰期這個概念,意思就是該同位素衰減到原來的一半所花的時間,大夥兒肯定有個疑問,為什麼要用半衰期這個概念來分析,而不研究它全部衰減所花的時間呢?事實上,放射性同位素的衰減為指數衰減,無論它的量為多少,它衰減一半的時間都是相等的,而全部衰減完的時間為無窮大,所以我們才用半衰期這個概念來研究放射性同位素的衰減過程。
通過以上兩個例子,我們了解了指數增長和指數衰減,事實上,現實中許多的變化都是指數變化,要研究指數變化,就必須要研究指數函數和對數函數,而e則是指數函數和對數函數最重要也是最基本的底數。那麼為什麼e為什麼會如此特殊呢,為什麼不是别的數呢,它為何成為常數中的“VIP”呢?接下來,我将非常透徹地講解這個常數。
上過高中的同學都知道y=e^x這個函數的導數等于它本身,又有y=lnx的導數為1/x,其實e的所有獨特性都來源于這個性質,是它的特殊性的根源,下面我就來證明y=e^x的導數等于它本身。
通過這個結論,我們還可以通過反函數的求導法推導出lnx的導數為1/x,好了,大家是不是覺得數學是很有魅力的學科,其實e的獨特性還不隻于此呢,下次我會講解歐拉公式及其應用,讓大家認識自然對數的底和三角函數的關系。
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