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自然常数e

 齐悟 2018-04-09

在生活中,我们常常听说圆周率π,它是一个圆周长与直径的比值,是一个无理数,它代表着自然中一类事物的性质与规律。比起π来,还有一个十分重要的常数e,却不是那么出名。或许你曾经听过自然常数或自然底数,自然对数,其实他们就代表着e或与e相关的数学名词。那么e究竟是何方神圣?他又为什么被冠以自然的前缀呢?


自然常数e是一个无限不循环小数,其值约等于2.71828 18284。怎么样?是不是乍一看很怪,跟自然一点关系也没有?其实许多自然中本身就存在的数都是无理数,π也是这样。那么e究竟代表着怎样的意义呢?接下来让我们看一个例子。

假设在银行存了1元钱,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,满1年后银行付给你1元利息,存款余额=2元。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,1年存款余额=2.25元。假设银行超级实在,每4个月就付利息,利息生利息,年底的余额≈2.37元。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。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!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e

     也就是说,e在这里其实是一个限制自然增长的常数,e是在n趋近于正无穷时(1+1/n)的n次方的最大值。即当n不断增长时,(1+1/n)的n次方的值会无限趋近于e,但永远无法超过e

     不仅在增长方面,e在自然中还有别的体现。以e为底的对数被称为自然对数。在极坐标系中将fx= ex的图象画出来,长这个样子:

对数螺线


这条螺线与图中每一圈的夹角都是相等的,所以也被称作是等角螺线。我们知道的螺线还有黄金比例螺线,其实它也是根据等角螺线变换来的。

黄金比例螺线


等角螺线在生活中无处不在,花瓣,蜗牛。海螺,漩涡,台风,星系,他们的形状全都是这个螺线。



而飞蛾在飞行时的导航也是依据这个,与平行光夹角一定,它们会飞出直线,碰到点光源,它们还飞一样的夹角,就会按等角螺线转着飞,最后就飞蛾扑火啦。


     在数学中,e也有着特殊的意义。在对数函数fx=ex图象上任取一个点,过这个点做曲线的切线,切线的斜率一定是ex。用微积分的语言来说,就是底数为e的指数函数e^{x} ,其导数还是这个函数e^{x} ,也就是不论求多少次导数,其导数就像一个常量一样永远是恒定的。与指数函数相对的,它的反函数ln x也有着独特的性质,即(ln x)'=1/x

     e的奇妙性质其实还有许多,在数学中会频繁地使用它。e是不是很神奇?从e的学习中,我们可以领略到数学的美丽。数学研究的不只是书本上那些复杂的习题,更是对自然规律的摸索,对宇宙奥秘的解谜。

最后又想起了一句话:“吃鸡,王者荣耀的火爆都只是暂时的,只有数学,永远不会过时!”数学与我们的生活息息相关,好好学数学,一定会让生活更加美好!


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