指數函數的威力(1 / 1)

指數函數的威力

美國著名的科學家,避雷針的發明人,本傑明·富蘭克林(Franklin·B,1706~1790)。一生為科學和民主革命而工作,他死後留下的財產隻有一千英鎊。令人驚訝的是,他竟留下了一份分配幾百萬英鎊財產的遺囑!這份有趣的遺囑是這樣寫的:

“……一千英鎊贈給波士頓的居民,如果他們接受了這一千英鎊,那麼這筆錢應該托付給一些挑選出來的公民,他們得把這錢按每年5%的利率借給一些年輕的手工業者去生息。這款子過了100年增加到131000英鎊。我希望,那時候用100000英鎊來建立一所公共建築物,剩下的31000英鎊拿去繼續生息100年。在第二個100年末了,這筆款增加到4061000英鎊,其中1061000英鎊還是由波士頓的居民來支配,而其餘的3000000英鎊讓馬薩諸州的公眾來管理。過此之後,我可不敢多作主張了!”

富蘭克林,留下區區的1000英鎊,竟立了百萬富翁般的遺囑,莫非昏了頭腦?!讓我們按照富蘭克林非凡的設想實際計算一下。請看下表:

從而

數稱為指數函數,其中a約定為大於0且不等於1的常量。

當底a大於1時,指數函數是遞增的,而且越增越快;反之,當底a小於1時,指數函數遞減。讓我們觀察故事中bn=1.05n值的變化,不難算得:

這意味著,上麵的故事中,在頭一個100年末富蘭克林的財產應當增加到

這比富蘭克林遺囑中寫的還多出501英鎊哩!在第二個100年末,他擁有的財產就更多了

可見富蘭克林的遺囑在科學上是站得住腳的!

由此可見,指數函數的威力。

曆史上因此而吃了虧的,也不乏其人,大名鼎鼎的拿破侖就是其中的一位。

公元1797年,當拿破侖參觀國立盧森堡小學的時候,贈送了一束價值三個金路易的玫瑰花,並許諾說,隻要法蘭西共和國存在一天,他將每年送一束價值相等的玫瑰花,以作兩國友誼的象征。此後,由於火與劍的征戰,拿破侖忘卻了這一諾言!當時間的長河向前推進了近一個世紀之後,公元1894年,盧森堡王國鄭重向法蘭西共和國提出了“玫瑰花懸案”要求法國政府在拿破侖的聲譽和1375596法郎的債款中,二者選取其一。這筆高達百萬法郎的巨款,就是三個金路易的本金,以5%的年利率,在97年的指數效應下的產物。這一曆史公案使法國政府陷入極為難堪的局麵,因為隻要法蘭西共和國繼續存在,此案將永無了結的一天!

不過,指數效應更多是積極的方麵。

指數函數不僅在數學、物理、天文上應用極廣,而且在其他自然科學甚至社會科學上也大有用場!以指數規律變化的自然現象和社會現象,有一種極為重要的特性:即量A的變化量△A,總是與量A本身及其變化時間△t成正比

△A A△t

事實上,令???? A=f(t)=at,則

△A=at+△t-at=at(a△t-1)

數學上可以證明,上式右端括號內的量,當變化時間很短時,趨向一個極限K(實際上等於Ina),從而證得:

△A≈KA△t

反過來,數學家也已經證明:如果量A的變化量與它本身及變化時間成正比(比例係數為K),那麼此時必有

A=A0ekt

圓周率π一樣重要的數學常量。