自然对数的底数e的意义

科技前沿 • 2025-02-06 23:08 • 阅读 54

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e是一个重要的常数，但是我一直不知道，它的真正含义是什么。
它不像π。大家都知道，π代表了圆的周长与直径之比3.14159，可是如果我问你，e代表了什么。你能回答吗？
维基百科说：
“e是自然对数的底数。”
但是，你去看"自然对数"，得到的解释却是：
“自然对数是以e为底的对数函数，e是一个无理数，约等于2.。”
这就构成了循环定义，完全没有说e是什么。数学家选择这样一个无理数作为底数，还号称这种对数很"自然"，这难道不是很奇怪的事情吗？

假定有一种单细胞生物，它每过24小时分裂一次。
那么很显然，这种生物的数量，每天都会翻一倍。今天是1个，明天就是2个，后天就是4个。我们可以写出一个增长数量的公式：
上式中的x就表示天数。这种生物在x天的总数，就是2的x次方。这个式子可以被改成下面这样：
$growth=2^x$
其中，1表示原有数量，100%表示单位时间内的增长率。

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我们继续假定：每过12个小时，也就是分裂进行到一半的时候，新产生的那半个细胞已经可以再次分裂了。
因此，一天24个小时可以分成两个阶段，每一个阶段都在前一个阶段的基础上增长50%。
$g ro wt h = 1 * (1 + 1/2) * (1 + 1/2)$
当这一天结束的时候，我们一共得到了2.25个细胞。其中，1个是原有的，1个是新生的，另外的0.25个是新生细胞分裂到一半的。
如果我们继续修改假设，这种细胞每过8小时就具备独立分裂的能力，也就是将1天分成3个阶段。
$g ro wt h = 1 * (1 + 1/3) * (1 + 1/3) * (1 + 1/3)$
那么，最后我们就可以得到大约2.37个细胞。
很自然地，如果我们进一步设想，这种分裂是连续不断进行的，新生细胞每分每秒都具备继续分裂的能力，那么一天最多可以得到多少个细胞呢？
$growth=1*(1+1/n)^n$
当n趋向无限时，这个式子的极值等于2.…。
因此，当增长率为100%保持不变时，我们在单位时间内最多只能得到2.71828个细胞。数学家把这个数就称为e，它的含义是单位时间内，持续的翻倍增长所能达到的极限值。
这个值是自然增长的极限，因此以e为底的对数，就叫做自然对数。

有了这个值以后，计算银行的复利就非常容易。
假定有一家银行，每年的复利是100%，请问存入100元，一年后可以拿多少钱？
回答就是271.828元，等于100个e。

e在数学中是代表一个数的符号，其实还不限于经济学领域。在大自然中，建构，呈现的形状，双曲线面积及微积分教科书、伯努利家族等都有所涉及。

自然对数的底数e的意义

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