对数让计算变得简单。欧拉公式E (I π)+1 = 0,被称为数学中最完美的公式。公式中的E、π、I、1、0这五个元素,还被比作《射雕英雄传:时光的南帝骨灰》和
对数
让计算变得简单。
欧拉公式E (I π)+1 = 0,被称为数学中最完美的公式。公式中的E、π、I、1、0这五个元素,还被比作《射雕英雄传:时光的南帝骨灰》和《北丐神通》中的五大宗师。
鉴于超模经常被问到后台,为什么E和π经常出现在看似不相关的领域?E π和E π有什么联系吗?e π和π E谁更大?像这样的问题。
今天超模君就给大家一睹E和π的风采。
e的出生
说到E,又要提到欧拉了。他无处不在。多么神奇的人。自然数e是基于
莱昂哈德·欧拉(leonard Euler)以Euler的第一个字母“E”命名。
但是,事实上,第一个发现E的人不是欧拉,而是雅各布·伯努利。伯努利熟悉吗?
从17世纪到18世纪,伯努利家族是一个学术家族,雅可比·伯努利是约翰·伯努利的哥哥,约翰·伯努利是欧拉的数学老师。
那太远了。让我们回到E,要理解E,可以从生活中一个常见的例子说起,那就是银行利率和收益的问题。
如果你有1元钱存在银行,银行会同意付给你100%的年利率。
那么,一年后,你手里的钱当然会增加到(1+100%)=2元;
现在银行同意按复利把一年期年利率拆分成两个各50%的半年期利率,那么年底的钱就是:(1+50%)×(1+50%)=2.25元;
现在银行按季度计算复利,所以年底的钱是:(1+25%) × (1+25%) × (1+25%) = 2.44元;
我们可以看到,分配越细,总收入越多。如果这个复利计算过程继续细分,按天算,年底的钱就是:
如果细分为分和秒呢?迭代运算后,可获得以下值:
可以发现,结算利率期限n越大,年底拿到的钱越多,最后无限接近E值。
也就是说,本金定为一元,银行年利率(100%)定。无论多少期利息结清,年底的钱都无限接近一个值(2.7183)。
E的本质含义是累积增长的极限。e在高等数学中以微积分的形式书写,它也被定义为:
π的起源
说到圆周率,很简单。不就是圆的周长和直径之比吗?
1748年首次提出圆周率,发表了欧拉的代表作《无穷小分析导论》。在这本书中,欧拉建议用符号“π”来表示圆周率,并在其中直接使用了π。在欧拉的积极倡导下,π成为了圆周率的代名词。
虽然π的定义很简单,但是圆周率的计算已经经历了几千年,现在还不是终结。
最新的纪录是今年,3月14日,谷歌宣布圆周率现在已经到了小数点后31.4万亿位。
圆周率的计算方法五花八门,甚至达到了不可思议的境界(超模君去年统计的算法门户)。
说到圆周率,另一个不得不提的人是我们的数学家祖冲之。
公元480年左右,南北朝数学家祖冲之进一步得到了精确到小数点后7位的结果,给出了3.1415926的不足近似值和3.141527的过剩近似值。正确的数字达到了七位数,这在当时是非常准确的,900多年来没有人打破这个记录。
祖冲之牛批!
还有那些关于e pi的事情。
说完了E和π的由来,E和π还有关系吗?
毕竟有时候会出现这样的现象:带E的定积分里面有π,而三角函数的一些积分里面有E。
其实E和π本质上是没有关系的。
之所以说“定积分与E的乘积中有π,而三角函数的某些乘积中有E”,是因为与E有关的傅里叶展开函数,如E X或lnx,经过傅里叶展开后可以变成三角函数的级数,只要选择合适的积分区间,π自然会出现。
再加上欧拉巧妙地用一个公式把它们连接起来,这个公式就是非常著名的欧拉公式:E (I π)+1 = 0。这让很多人误以为E和π有一定的关系。
也有人会疑惑:为什么E和π经常出现在看似不相关的科目中?比如物理化学等学科。
那是因为在微积分和指数对数的时候,E和π都喜欢凑热闹。高斯曾经说过,数学是科学之王。自然控制了这一切,数学控制了科学。
e π和π E哪个大?
说到E和π,自然逃不开E π和π E哪个大的问题。
超模君也准备了几种对比方法。最简单的方法当然是计算器。拿出你的科学计算器,输入e π和π E得到相应的值:
很明显,e π大于π E。
好了,今天就到这里。别胡闹了,超模君不会这么幼稚的。下面是稍微高一点的解题方法:
e的定义,看这个名字,强行上来的。顾名思义,用e的定义来解题。
经过
得到
制造
规则
也就是
这种看似有点复杂的方法,其实并不那么容易理解。
为了大家理解,我们先对构造函数做一个简单的求导:
设置
导出
在
严格单调递减,所以
可用性
这个方法稍微好理解一点。在比较e π和π E大小的方法中,对数导数法是最简单明了的计算方法。
18世纪,欧拉发现了指数和对数的倒数关系。在1770年出版的一本书中,欧拉首先用来定义
他指出:“对数来源于指数”。
对数、解析几何和微积分被公认为17世纪数学的三大重要成就,许多科学家对对数这个命题都给予了高度评价。
这里可以看出对数的求导方法。
首先取对数。
设置
规则
也就是
乍一看,e π和π E的数值非常接近,但是简单的加减乘除法根本无法完成大小的比较。对数的出现让这一切变得简单。
本来我觉得e π和π E哪个大,是个大问题。这不是很简单吗?
多难啊!超模君8岁的表妹可以对比一下。比较E π和π E的大小是一个不到一分钟的小问题!
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