数学中有很多重要的常数,比如圆周率,虚数单位I(等于根号减一)。但在数学中还有另一个同样重要的常数,那就是自然常数E,虽然它不如圆周率那样广为人知。这个常数经常出现在数学和物理中,但它从何而来?到底是什么意思?
18世纪初,数学大师伦纳德欧拉发现了这个自然常数E(又称欧拉数)。当时,欧拉试图解决另一位数学家雅各布伯努利在半个世纪前提出的问题。
伯努利问题与复利有关。假设你在银行存了一笔钱,银行会以每年100%的利率兑换这笔钱。一年后,你将获得(1 100%) 1=2倍的收益。
现在假设银行每半年结息一次,但只能提供一半的利率,也就是50%。在这种情况下,一年后的收益是(1 50%) 2=2.25倍。
假设银行每月提供8.3%(100%的1/12)复利或者每周提供1.9%(100%的1/52)复利。在这种情况下,一年后,你将获得(1 1/12) 12=2.61倍和(1 1/52) 52=2.69倍的投资。
根据这个规律,可以得出一个通式。如果n是复利的次数,那么利率就是它的倒数1/n,一年后的收益公式是(1 1/n) n,比如一年复利5次,收益就是(1 1/5) 5=初始投资的2.49倍。
那么,如果n变得很大会怎么样呢?如果n变成无穷大,那么(1 1/n) n是否也会变成无穷大?这是伯努利试图回答的问题,但直到50年后欧拉才最终得出结果。原来,当n趋近于无穷大时,(1 1/n) n并没有变成无穷大,而是等于2.28859.8888888888884这是一个类似于圆周率的无限无环小数(即无理数)。它用字母E表示,称为自然常数。
当然,e不仅仅是一个随机数。事实上,它是数学中最有用的常数之一。如果你画出方程y=e^x,你会发现曲线上任意一点的斜率也是E X,曲线下从负无穷到x的面积也是E X,e是唯一让方程y=n^x有如此奇特性质的数。
在微积分中,可想而知E也是一个非常重要的数字。同时,自然常数E也是物理学中的一个重要数字。通常出现在与波(如光波、声波、量子波)相关的方程组中。
另外,关于E还有一个非常著名的公式,即欧拉恒等式:E (I ) 1=0。这个完美的公式连接了数学中所有最重要的数字。