《全息数理》


数列代偿篇1演化参数

1.2 自然常数e

 

自然常数e,数学中的一个常数,是一个无限不循环小数,且为超越数,其值约为2.71828.同时,e也是一个成熟的细胞的平均分裂周期。

 

e作为数学常数,是自然对数函数的底数。有时称它为欧拉数(Euler number),以瑞士数学家欧拉命名;也有个较鲜见的名字纳皮尔常数,以纪念苏格兰数学家约翰·纳皮尔 (John Napier)引进对数。它就像圆周率π和虚数单位i,e是数学中最重要的常数之一。

自然常数,它的其中一个定义是 ,其数值约为(小数点后100位):“e ≈ 2.71828 18284 59045 23536 02874 71352 66249 77572 47093 69995 95749 66967 62772 40766 30353 54759 45713 82178 52516 64274”。

 

第一次提到常数e,是约翰·纳皮尔(John Napier)于1618年出版的对数著作附录中的一张表。但它没有记录这常数,只有由它为底计算出的一张自然对数列表,通常认为是由威廉·奥特雷德(William Oughtred)制作。第一次把e看为常数的是雅各·伯努利(Jacob Bernoulli)。

 

已知的第一次用到常数e,是莱布尼茨于1690年和1691年给惠更斯的通信,以b表示。1727年欧拉开始用e来表示这常数;而e第一次在出版物用到,是1736年欧拉的《力学》(Mechanica)。虽然以后也有研究者用字母c表示,但e较常用,终于成为标准。

 

用e表示的确实原因不明,但可能因为e是“指数”(exponential)一字的首字母。另一看法则称a,b,c和d有其他经常用途,而e是第一个可用字母。不过,欧拉选这个字母的原因,不太可能是因为这是他自己名字Euler的首字母,因为他是个很谦虚的人,总是恰当地肯定他人的工作。

 

以e为底的指数函数的重要方面在于它的函数与其导数相等。e是无理数和超越数(见林德曼—魏尔施特拉斯定理(Lindemann-Weierstrass))。这是第一个获证的超越数,而非故意构造的(比较刘维尔数);由夏尔·埃尔米特(Charles Hermite)于1873年证明。

 

其实,超越数主要只有自然常数(e)和圆周率(π)。自然常数的知名度比圆周率低很多,原因是圆周率更容易在实际生活中遇到,而自然常数在日常生活中不常用。

自然常数融合e,π的的欧拉公式 ,也是超越数e的数学价值的最高体现。

 

自然常数一般为公式中乘方的底数和对数的底。为什么会这样,主要取决于它的来历。自然常数经常在公式中做对数的底。比如,对指数函数和对数函数求导时,就要使用自然常数。

 

因为e=2.7182818284... ,极为接近循环小数2.71828(1828循环),那就把循环小数化为分数271801/99990,所以可以用271801/99990表示为e最接近的有理数约率,精确度高达99.9999999(7个9)% 。

 

在数学中,有一个被称为自然常数(又叫欧拉数)的常数。之所以把这个数称之为自然常数,是因为自然界中的不少规律与该数有关。不过,这个数最初不是在自然界中发现的,而是与银行的复利有关。

 

想象一下,如果把钱存在年利率为100%的银行中,一年之后的钱将会增加为原来的(1+1)^1=2倍。假如银行不用这种方式来结算利息,而是换成六个月算一次,但半年的利率为之前年利率的一半,也就是50%,那么,一年后的钱将会增加为原来的(1+0.5)^2=2.25倍。同样的道理,如果换成每日,日利率为1/365,则一年后的钱将会增加为原来的(1+1/365)^365≈2.71倍。

 

也就是说,随着结算时间的缩短,最终收益会越来越多。倘若结算时间无限短,那么,最终的收益会变成无穷多吗?这个问题等同于求解下面的这个极限:

 

 

经由严格的数学证明可知,上述极限是存在的,它不是无限的,而是一个常数,这个常数就是现在所说的自然常数e:

 

 

另据证明,自然常数e是一个无理数,所以它是一个无限不循环的小数,具体数值为2.71828……。

 

根据以e为底的指数函数的泰勒级数展开,还能推导出e的另一个表达式:

 

可以看到,自然数阶乘的倒数之和正是e,所以这能体现自然常数的“自然”之处。

 

 

在自然界中,有不少规律与e有关,例如,生物的生长、繁殖和衰变规律,这些过程都是无限连续的,类似于银行的无限复利。


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