常數e的計算
常數e在數學界的地位,排第二總可以吧,第一理所當然讓給π我覺得沒問題。
這個e之所以這麼牛,是因為在數學上,隻有一個函數ex,無論怎麼求導都不會變化。高一的學生第一次接觸e是用在自然對數,使用頻率還不高;高二同學學習了導數(高等數學入門),e就無數次進入我們的夢鄉(有人是美夢有人是噩夢了啦);如果您有幸在大學中深造,即便是文科生,這個常數也是時常登門造訪。
那麼,e到底是多少呢?對于這個問題,可以分成三類解答。
第一類解答,e=2.7。為什麼?不知道,書上這麼說的。其實這樣的了解對于考試,那是足足夠用了。多數人在離開數學後半年,就忘了這個數,不過說起來曾經在一個戰壕裡蹲過也還是熟悉的面孔。
第二類解答,利用
計算,這是常數e的定義。
根據這個定義,我們可以用
來計算,顯然,x越大計算結果越精确。我們列出部分運算如下
x |
e |
1 |
2 |
2 |
2.25 |
3 |
2.37037037 |
10 |
2.59374246 |
50 |
2.691588029 |
100 |
2.704813829 |
150 |
2.709275911 |
200 |
2.711517123 |
250 |
2.712865123 |
300 |
2.713765158 |
350 |
2.714408711 |
400 |
2.714891744 |
450 |
2.715267655 |
500 |
2.715568521 |
1000 |
2.716923932 |
2000 |
2.717602569 |
3000 |
2.71782892 |
從上面的運算看出,e的計算實際上是個遞增過程,當運算達到x=450時,運算結果隻能保證兩位小數準确而已,當x=3000時,還是隻有兩位小數準确。這個方法求出的e隻能說理論上正确,但效率很低。
第三類解答,我們試圖研究,能不能用我們已經會的運算來替代。我們已經會的運算是什麼呢?多項式。怎麼用多項式來計算e呢。我們設函數
我們可以得到
如此我們得到了計算e的另一個公式!用這個公式計算試一試
n |
n! |
e |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2.5 |
3 |
6 |
2.666666667 |
4 |
24 |
2.708333333 |
5 |
120 |
2.716666667 |
6 |
720 |
2.718055556 |
7 |
5040 |
2.718253968 |
8 |
40320 |
2.71827877 |
9 |
362880 |
2.718281526 |
10 |
3628800 |
2.718281801 |
11 |
39916800 |
2.718281826 |
12 |
479001600 |
2.718281828 |
方法三顯然強大好多,當n=5時就得到兩位準确數,當n=9時就能得到四位的準确數。會編程的同學可以很快就得到3000位準确數。
題外話:寫一篇文章來介紹一個常數e的計算其實沒有太大的實際意義,因為我們在實際估算時,有e的三位小數就足足夠了。那麼方法三的價值在哪裡?
我們發現,我們計算e的過程可以得到一個很好玩的結論。
這個式子太好用了,我們可以用一個多項式來替代一些無法計算的函數啦呀!如果你能理解這個結論,恭喜你,大學階段的高等數學你注定不會挂科了哦。
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