读读Euler,读读Euler,他是我们大家的老师。
P.S.Laplace
e的来历
e是数学中最重要的数学常数之一,称为自然常数,是自然对数的底数。
它最先由瑞士数学家欧拉在1727年使用。
e进入人们的研究视野经历了一个漫长的过程。
这个过程如下表:
表3-1
时间事件
1618年约翰•纳皮尔于出版的对数著作附录中的一张表
第一次提到常数e,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。
1683年雅各•伯努利(Jacob•Bernoulli) 第一次把e看为
常数
1690年和1691年莱布尼茨给惠更斯的通信中第一次用到常数e并
以b表示。
1727年欧拉开始用e来表示这常数
1736年e第一次在出版物用到是欧拉的《力学》
(Mechanica)。
1737年Euler基本证明了e和e2是无理数
1873年夏尔•埃尔米特(Charles•Hermite)证明e是超越
数。
e是什么?e是增长的极限!
假设一个单细胞,每20分钟分裂一次。
我们以20分钟为一个单位时间。
显然,这种细胞的数量增长如下表:
x0123…
y1248…
因此,我们得到y=2x。
将上式改写为y=(1+100%)x,其中,1表示原有数量,100%表示单位时间内的增长率。
假设这种细胞10分钟后分裂的半个细胞就可以继续分裂,那么这种细胞的数量增长就分为每10分钟一个阶段,每个阶段的数量增长率为50%。
因此,20分钟后这种细胞的数量
y=(1+100%
2
)2=2.25。
也就是说,20分钟后,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。
假设这种细胞5分钟后分裂的半个细胞就可以继续分裂,那么这种细胞的数量增长就分为每5分钟一个阶段,每个阶段的数量增长率为25%。
因此,20分钟后这种细胞的数量
y=(1+100%
4
)4=2.44140625。
一般地,如果我们进一步假设,这种细胞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20分钟最多可以得到多少个细胞呢?
实际上,这种细胞的数量y=(1+ 1
n
)n。
当n→+∞时,这个式子的极值等于e=2.718281828…。
即
1
(1)n
n
e
n
lim
→+∞
+=。
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,就叫作自然对数。
以e为底的对数(自然对数)和指数,从数学角度揭示了自然界的许多客观规律,后人把这个规律叫作“自然律”,其中e是自然律的精髓。