理解常用的无理数:自然常数(e)、圆周率(π)、黄金比例(φ)

理解常用的无理数:自然常数(e)、圆周率(π)、黄金比例(φ)

自然常数(e)

自然常数e (也称欧拉数)是个有名的无理数,也就是无限不循环小数,它是数学里最重要的数字之一。

e 出现在很多数学领域里,所以了解它是很有用的。

e 等于:

2.7182818284590452353602874713527……

如何计算 e 值?

(1)当 n 越来越大时,(1 + 1/n)n 的值越来越趋近 e:

(2) e 也等于 1/0! + 1/1! + 1/2! + 1/3! + 1/4! + 1/5! + 1/6! + 1/7! + ……

首几项的和是:

1 + 1 + 1/2 + 1/6 + 1/24 + 1/120 = 2.718055556

e 有什么特点?

例子:把一个数分成相等的部分,然后把所有部分相乘,那么每个部分要多大才可以得到最大的乘积呢?

如把 20 分成 4 等份,每份是 20/4 = 5,然后把它们相乘:

5 × 5 × 5 × 5 = 54 = 625

尝试分成 5 等份,20/5 = 4,然后把它们相乘:

4 × 4 × 4 × 4 × 4 = 45 = 1024

乘积变大了!但是,怎样得到最大的乘积?

答案:每部分的大小等于 e(或尽量接近 e)。

如把 10 分别分成 3等份、4等份和5等份,结果如下:

10 分开为 3 份是 3.3……

3.3…… × 3.3…… × 3.3…… = (3.3……)^3 = 37.037……

10 分开为 4 等份是 2.5

2.5 × 2.5 × 2.5 × 2.5 = 2.5^4 = 39.0625

10 分开为 5 等份是 2

2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 2^5 = 32

看出最接近e 的数值的乘积最大,这里的数值是 2.5。

e 的作用?

从上面例子中, 表明 e 是数的增长的极限。生活中经常遇到一个量的变化与自身大小相关的问题,在求解这些问题时,引入 e 的指数函数 e^x 和 对数函数 lnx,很多的计算将得到顺利求解。如:借贷和投资中的复利计算、复杂函数的求导计算等。

圆周率(π)

在求解和圆相关的问题时,就使用到圆周率这个无理数。

圆周率计算公式:

圆周率 = 圆周长 / 直径 = 3.14159265……

如果圆的半径为 1,圆周长的一半就是圆周率:

如果圆的直径为 1,圆周长的就是圆周率:

黄金比例(φ)

黄金比例也是生活中常用的无理数,它出现在很多不同的领域,例如几何、艺术、建筑等等。

黄金比例等于:

1.61803398874989484820……

如何理解黄金比例背后的概念?

如有一条直线,现在要把直线切成两段,如线段a和线段b,如何切分才具有黄金比例的美感?

要符合黄金比例,必须满足以下条件:

( a + b ) / a = a / b = 1.618……

如图:

黄金比例和斐波那契序列的关系?

斐波那契序列:

0、1、1、2、3、5、8、13、21、34……

有趣的是:逐个计算两个连续的斐波那契数的比值,越往后,这个比值越接近黄金比例。如:

生活中有哪些黄金比例的应用?

如希腊的帕特农神庙:

如五角星形:

有些艺术家和建筑师觉得具有黄金比例的形状是最美的,“黄金比例”到低是不是最美的,这个因人而异。

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