常數E是個什麼樣的數字?

chowleung




常數e在中學數學經常接觸,並沒有什麼感覺。現在才知道e真是了不起的數字!我們常見的指紋、吃的螺絲乃至天空中的星辰、宇宙中的黑洞,那些成長出來的螺旋線與常數e息息相關。e是自然律的核心,是萬物發展遵循的底層規律。接下來從以下三點進一步瞭解常數e吧。

一、什麼是自然常數E

自然常數e就是一個無理數,卻和圓周率一樣非常神奇,且為超越數,其值約為2.71828。它的一個定義見下圖

自然常數常在公式公式中做對數的底。

自然常數就是這樣子的,一個常數而已,那怎麼就和大自然聯繫起來呢?要知道e=2.71828…是“自然律”的一種量的表達,“自然律”的形象表達是螺線,而螺線的數學表達通常有五種,分別為對數螺線、阿基米德螺線、連鎖螺線、雙曲螺線、迴旋螺線。其中對數螺線在自然界中最為普遍存在,其他螺線也與對數螺線有一定的關係。

好,這樣就把一個數字和自然發展的規律聯繫起來了,e的神奇之處就好理解了。



二、對於e其實小學就有接觸

我在教小學生的時候遇到這樣的一道規律題,1,2,3,5,8……有個學生說這道題非常簡單,這是斐波那契數列,可以畫出螺線,像葵花,蝸牛背上的殼以及颱風等螺旋線都符合。

斐波那契數列的螺旋線與自然常數e的螺線有異曲同工之妙。它是e的表現形式與應用。很多小學生對這樣的數也是極其感興趣,能舉出很多對應的自然現象。



再看看e的名字叫自然常數,比圓周率好理解多了,而且還真是這麼回事。接下來看看e的神奇應用吧。



三、自然常數e的應用

1.“飛蛾撲火”的解釋

蟲子的飛行不是根據光源飛行的而是根據光線固定角度飛行。夜晚的月光近是一條條平行光線,這樣就能飛出一條直線。由於人類的活動,燈火的光線不再平行,飛蛾還是按照原來方式飛行,於是出現螺線軌跡,從而飛入火源,出現“撲火”。



2.存款利息也有e

理想化的存款,其餘額都是e的倍數。我看見網上有人計算:1元存一年,一年365天,銀行願意天天付利息,這樣利滾利的餘額約為2.71456748202元;要是以每秒來付利息,利滾利的餘額約為2.7182817813元。要是以毫秒來算呢?更接近e了。不管怎麼算,在年利率100%以下,其餘額無法突然e這塊天花板。當然銀行不會這麼算,大家只能去追求漫長歲月的複利了。



3.其他地方

古希臘人有一種風鳴琴在風中振動時,能產生優美動聽的音調。這就是所謂的“渦流尾跡效應”。還有我們的內耳結構也是渦旋狀以及指紋、髮旋。還有DNA的生長,颱風的生長,星系的生長都形成了一條螺旋線。而這一條條螺旋線就是數字e決定的。

瞭解這一切之後,才剛剛開始認識到常數e是一個什麼樣的數。e的無窮魅力也等待著我們去挖掘和述說。


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