數學裡有一些數,看起來就像憑空冒出來的。
例如:\(e=2.71828……\)
很多學生第一次看到它,可能會想:
「這又是什麼需要背起來的數字?」
但其實,\(e\)不是數學家隨便挑出來的。
它會從一個很自然的問題裡,自己跑出來。
假設你有1元,年利率100%。
如果一年只計算一次利息,一年後就是:
\[1×(1+1)=2元。\]
如果改成半年計息一次,每半年利率50%,一年後就會變成:
\[(1+\frac{1}{2})^2=2.25\]
如果一年計息4次:
\[(1+\frac{1}{4})^4≈2.441\]
你會發現,計息次數越多,最後得到的錢也越多。
那如果一年計息12次呢?
365次呢?
甚至把計息時間切得越來越細,幾乎變成「連續計息」呢?
結果很有意思。
它並不會無限增加,而是會逐漸逼近:
\(2.718281828……\)
這個數,就是 \(e\)。
更精確地說,當\(n\)越來越大時:
\[(1+\frac{1}{n})^n\]
會越來越接近 \(e\)。
所以\(e\)並不是為了讓課本多一個符號才被創造出來,而是在研究「連續成長」時非常自然出現的一個常數。
而它真正厲害的地方,還不只如此。
假設某個東西增加的速度,取決於它現在有多少。
錢越多,下一次產生的利息就越多。
細菌越多,在適當的簡化模型中,下一段時間能繁殖的數量也越多。
某些人口模型、放射性衰變、熱傳導、機率模型,甚至許多物理與工程問題裡,也都會再次看到\(e\)。
到了微積分,\(e\)還會展現一個非常漂亮的特性。
如果我們有:\(y=e^x\)
那麼它的微分,也就是瞬間變化率,竟然還是:\(y’=eˣ\)
換句話說,
它有多大,它的成長速度就剛好有多大。
這也是為什麼 \(e\) 會成為微積分裡如此重要的一個數。
\(π\) 和圓有非常深的關係。
而 \(e\),則和「變化」與「成長」有非常深的關係。
所以當學生第一次看到:
\(e=2.71828……\)
我覺得真正值得記住的,不只是它的小數值。
而是理解:
為什麼人類在研究利息、成長、變化率,甚至自然現象時,最後竟然一次又一次遇見同一個數?
這就是數學常數迷人的地方。
有些數並不是我們硬把它塞進數學裡。
而是我們不斷研究不同問題之後,才發現:
原來它早就在那裡了。


