假如我們有一本數(shù)學(xué)日歷,那么2月7日是慶祝e日的日子。歐拉數(shù)e≈2.71828,是數(shù)學(xué)和物理學(xué)中最重要的常數(shù)之一,它與0、1、和π都出現(xiàn)在常被譽為最美公式的歐拉恒等式中。
想要理解e,讓我們來思考一個生活中常見的問題:將一筆錢以一定利率存入銀行,這筆錢會如何增長?實際上,答案取決于我們多久計算一次利息。
假設(shè)你存在銀行里的錢能奇跡般地帶來100%的利息,每年復(fù)利,那么在年初投資的每1元錢,在年底都能變成2元。但如果每年計算兩次利息,每次利率50%,那么六個月后,就會得到1×(1+1/2)=1.5元;到了年底,再用1.5元乘以(1+1/2),就得到2.25元。這比之前更多了。
如果把計算利息的頻率改為每三個月一次,一年四期,那么每期之后的金額都要乘以(1+1/4)。第一期你會得到1×(1+1/4)=1.25元,然后是大約1.56元,再然后是1.95元,到年底是1×(1+1/4)⁴,大約2.44元。這一次,金額變得更大了!
如果周期不斷縮短,情況會如何變化?最終的金額是會無限地增加,還是會穩(wěn)定在一個極限值上?如果把一年分為n期,那么在每期之后,金額都要乘以1 + 1/n,因此最終金額為(1 + 1/n)ⁿ。
從“復(fù)利和歐拉數(shù)”的表格中我們可以看到,隨著n的增加,最終的數(shù)值會逼近一個極限,這個極限對應(yīng)于當(dāng)我們連續(xù)計算利息時的值,約等于2.71828,也就是e。
事實上,早在1683年,正是雅各布·伯努利(Jacob Bernoulli)在思考連續(xù)復(fù)利問題時發(fā)現(xiàn)了e。從那時起,e的使用就變得非常廣泛,在日常生活中的許許多多的例子都無法繞開e。
除了出現(xiàn)在生活中,e在科學(xué)中也幾乎無處不在。例如,它出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的定義中;它使我們可以通過傅里葉變換,將一個時變信號分解成它的頻率;它可以告訴我們?nèi)绾斡嬎惴派湫栽氐陌胨テ;它在細菌的增長過程中起到了關(guān)鍵作用;它還支配著溫度激活的化學(xué)反應(yīng)。