E (数学常数)
E (数学常数)
formula_1,作为数学常数,是自然对数函数的底数,亦称自然常数、自然底数,或是欧拉数(--
),以瑞士数学家欧拉命名;还有个较少见的名字纳皮尔常数,用来纪念苏格兰数学家约翰·纳皮尔引进对数。它是一个无限不循环小数,数值约是(小数点后20位,):
formula_2,近似值约为formula_3。
历史.
第一次提到常数formula_1,是约翰·纳皮尔于1618年出版的对数著作附录中的一张表。但它没有记录这常数,只有由它为底计算出的一张自然对数列表,通常认为是由威廉·奥特雷德制作。第一次把formula_1看为常数的是雅各布·伯努利,他尝试计算下式的值:
formula_6
上式代表把1与无穷小相加,再自乘无穷多次。
已知的第一次用到常数formula_1,是莱布尼茨于1690年和1691年给惠更斯的通信,以formula_8表示。1727年欧拉开始用formula_1来表示这常数;而formula_1第一次在出版物用到,是1736年欧拉的《力学》(--
)。虽然往后年日有研究者用字母formula_11表示,但formula_1较常用,终于成为标准。
用formula_1表示的原因确实不明,但可能因为formula_1是指数函数(--
)一字的首字母。另一看法则称formula_15有其他经常用途,而formula_1是第一个可用字母。
定义.
就像圆周率formula_17和虚数单位"i",formula_1是数学中最重要的常数之一。它有几种等价定义,下面列出一部分。
这些定义可证明是等价的,请参见文章。
性质.
很多增长或衰减过程都可以用指数函数模拟。指数函数formula_32的重要性在于,唯独该函数(或其常数倍,即formula_33,其中formula_34为任意常数)与自身导数相等。即:
formula_35。
formula_36的泰勒级数为formula_37
formula_38
formula_27为复数时依然成立,因此根据formula_40及formula_41的泰勒级数,得出在数学中一条称为欧拉公式的重要等式:
formula_42
当formula_43的特例是欧拉恒等式:
formula_44
此式被理查德·费曼称为「欧拉的宝石」。
formula_45
即棣莫弗公式。
)于1873年证明。有猜想它为正规数。
formula_50
就像以下的展开式:
formula_51
无理数证明.
反证法.
证明formula_1是无理数可以用反证法。假设formula_1是有理数,则可以表示成formula_54 ,其中formula_55为正整数。以formula_1的无穷级数展开式可以得出矛盾。
考虑数字
formula_57,
以下将推导出formula_27是小于1的正整数;由于不存在这样的正整数,得出矛盾,所以得证formula_1是无理数。
但是0与1之间(不含0与1)不存在有整数,故原先假设矛盾,得出formula_1为无理数。
二项式定理.
视formula_25为存在的数值,所以用二项式定理可证出:
formula_70
formula_71
formula_72
formula_73
formula_74
formula_75
formula_76