学过对数运算的人都知道一个叫“自然对数”的东西,大多数人也知道这个对数的底数e=2.71828...可是如果我问你,e代表了什么,你能回答吗?不妨先来看看维基百科是怎么说的:“e是自然对数的底数。”但是,你去看“自然对数”这个条目,得到的解释却是:“自然对数是以e为底的对数函数...”所以这个用“鸡生蛋蛋生鸡”都说不明白的常数,它“自然”在哪儿呢?
e是增长极限
第一次把e看成常数的是雅各布•伯努利,他在尝试计算(1+1/n)n的极限值的时候发现了这个数值。1727年欧拉首次用小写字母“e”表示这个常数,此后就沿用了下来。到底什么是e?简单说来,e就是增长的极限。下面这个例子就是对e直观含义的极好诠释:
一群单细胞生物每24小时全部分裂一次。在不考虑死亡与变异等情况下,那么很显然,这群单细胞生物的总数量每天都会增加一倍。
据此我们可以写出它的增量公式:growth=2x,也就是growth= (1+100%)x其中,1表示原有数量,100%表示单位时间内(24小时)的增长率。根据细胞生物学,每过12个小时,也就是分裂进行到一半的时候,平均会新产生一半原数量的新细胞,新产生的细胞在之后的12小时内已经在分裂了。
因此一天24个小时可以分成两个阶段,每一个阶段的细胞数量都在前一个阶段的基础上增长50%:即在一个单位时间内,这些细胞的数量一共可以增至为原数量的2.25倍。倘若这种细胞每过8小时就可以产生平均1/3的新细胞,新生细胞立即具备独立分裂的能力,那就可以将1天分成3个阶段,在一天内时间细胞的总数会增至为:即最后细胞数扩大为原先的2.37倍。
实际上,这种分裂现象是不间断、连续的,每分每秒产生的新细胞,都会立即和母体一样继续分裂,那么24小时最多可以得到多少个细胞呢?答案是(1+1/n)n的极限值2.718281828...当增长率为100%保持不变时,在单位时间内细胞种群最多只能扩大这么多倍。数学家把这个数就称为e,它的含义是单位时间内,持续的翻倍增长所能达到的极限。
这个值是自然增长的极限,是“自然律”的精髓所在,因此以e为底的对数,就叫做自然对数。
你不会自动成为“大款”——到e为止倘若你现在还是一头雾水,那这个跟钱有关的例子一定会让你茅塞顿开。假定有一家银行,每年的复利是100%,那么1元钱存一年可以拿到多少钱呢?其实这也跟e相关。
如果存满1年,也就是n=1,那么1年后,1✖(1+1/1)1=2,1元变成2元;如果半年一存,让这半年的利息在下半年也生利息,也就是n=2,存满1年后,1元变成1✖(1+1/2)2=2.25,1元变成2.25元,就比第一种存法划算;而如果每个季度存一次,n=4,一年后会得到1✖(1+1/4)4=2.44140625,就要更划算一些。看上去,存的次数越多,每次存期越短,1年到期时的利息越多。
那我能不能无限地存下去变成个亿万富翁呢?数学告诉你,这是不可能的,这个利息不可能无限增加,早晚会碰到一个天花板,也就是文中所提到的e。在年利率为100%的情况下,不管你存得多勤快,1年后1元钱最多只会变成大约2块7毛钱,富翁的梦想就此破灭。