数学常数e的含义

2021-01-20 16:53

我们都知道e是自然对数的底数,可这究竟是什么意思呢?如果再去看看自然对数的定义,真可谓是大跌眼镜。数学家为什么称这样的一个无理数为“自然”?直观地看,似乎log10才更加“自然”。其实这么做是有依据的,本文就通过一个自然规律为读者揭示了e的真正含义。

e是一个重要的常数,但是它的直观含义却不像π那么明了。我们都知道,圆的周长与直径之比是一个常数,这个常数被称为圆周率,记作π=3.14159 ,可是如果我问你,e代表了什么,你能回答吗?

不妨先来看看 维基百科 是怎么说的:

“e是自然对数的底数。”

但是,你去看“ 自然对数 ”这个条目,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2.718281828。”

这构成了循环定义,完全没有说e是什么。在这种情况下,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",这难道不是一件很奇怪的事情吗?

到底什么是e?简单说来,e就是 增长的极限 。

下面这个例子就是对e直观含义的极好诠释:

某种类的一群单细胞生物每24小时全部分裂一次。在不考虑死亡与变异等情况下,那么很显然,这群单细胞生物的总数量每天都会增加一倍。据此我们可以写出它的增量公式:

根据细胞生物学,每过12个小时,也就是分裂进行到一半的时候,平均会新产生一半原数量的新细胞,新产生的细胞在之后的12小时内已经在分裂了。

因此一天24个小时可以分成两个阶段,每一个阶段的细胞数量都在前一个阶段的基础上增长50%:

即在一个单位时间内,这些细胞的数量一共可以增至为原数量的2.25倍。

倘若这种细胞每过8小时就可以产生平均1/3的新细胞,新生细胞立即具备独立分裂的能力,那就可以将1天分成3个阶段,在一天内时间细胞的总数会增至为:

即最后细胞数扩大为2.37倍。

实际上,这种分裂现象是不间断、连续的,每分每秒产生的新细胞,都会立即和母体一样继


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