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必须明确的是 , 自然常数e和圆周率π、黄金分割数φ一起被称为“三大数学常数” 。 作为变量数学中不可缺少的常数 , e是描述自然界各种连续变化的有力工具 , 它是自然界纷繁复杂背后隐藏的基本规律 。 为了直观形象地帮助大家理解这个数学常数 , 不妨假定如下的生活情境(这实际是著名数学大师欧拉试图解决数学家雅各布·伯努利在半个世纪前提出的一个颇具推敲的“复利问题”):
有一家银行很特殊 , 除了银行的年利率是100%=1 , 也就是存进一笔钱 , 一年后可以得到(1+100%)1=2倍的收益 。 更特别之处在于 , 银行还允许储户在任意时段取本息 , 也就是说 , 本金的利息是平均分到各个时段的 。
比如某储户每半年(6个月)结算一次利息 , 那么 , 银行就提供利率的一半(50%) , 在这种情况下 , 这个储户一年后(共取2次)的收益为本金的(1+50%)2=2.25倍 。
用最简单的情形来说明就是:
【钱生钱,可以无休止吗?】你把1元钱存入此家银行 , 到半年时就连本带利取出 , 然后再存半年 , 这样到年末你将得到(1+50%)×(1+50%)=(1+)×(1+)=(1+)2=2.25(元)的本息 。
当然 , 你还可以改变存取方式 , 每满4个月就结算一次本息 , 再连本带息重新存入 , 这样到年底(共取3次)你就可以得到(1+)×(1+)×(1+)=(1+)3=2.37(元)的本息 。 如果每次都只存1个月 , 月底结算后再连本带息重新存入 , 到年底(共取12次)你将得到(1+12=2.61元的本息;如果每次都只存1周 , 周末结算后再连本带息重新存入 , 到年底(共取52次)你将得到(1+52=2.69(元) 。
从中不难看出 , 一年之中这样的存取时间越短(存取次数越多)收益越多 。 由此 , 许多人会产生如下自然问题:既然一年中存取的次数越多越合算 , 而且银行规则允许 , 那就不嫌麻烦反复存取 , 甚至都可以想象成坐在银行取款台那里不走 , 拿了就存然后再取再存(存取间隔以秒计) , 如此反复操作 , 储户是不是能以小博大得到巨额本息?(这正是伯努利提出的复利问题:假设n为利息复利的次数 , 利率是其倒数 , 一年后的收益为(1+)n,那么 , n如果变得无限大 , 那(1+)n是否也会变得无限大?)为了解开大家的疑惑 , 可作以下具体说明:
把1元在一年中分成n次存取 , 那么你会得到(1+)×(1+)×…×(1+)=(1+)n(元)本息 , 因为结果一共是n项的乘积 , 显然,当n取无穷大时 , 结果就是你最多能得到的钱数 。
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在数学中关于常数e的定义 , 最常见的有如下两种:
⑴定义e为一个数列的极限值:e=
⑵定义e为下列无穷级数之和:e=+++++(其中0!=1)
这里需要补充介绍一下有关“阶乘”的定义:一个正整数的阶乘是所有小于及等于该数的正整数的积 , 并且0的阶乘为1 。 比如4!(读作4阶乘)=1×2×3×4 , 8!(读作8阶乘)=1×2×3×4×5×6×7×8……n!(读作n阶乘)=1×2×3…(n-1)×n , 0!=1 。
e被称为自然常数 , 在实际的应用中,常称e是单位时间内、持续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 , 就叫做自然对数 。
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