自然常数e的证明(精选5篇)

时间:2019-05-13 16:04:23下载本文作者:会员上传
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第一篇:自然常数e的证明

当然,实际生活中,银行的利息没有这么高,如果利率只有5%,那么1块存一年最多可以拿到多少钱呢?lim(1n5%n

1000)? n在100%利率的情况下,当n=1000所得到的数值非常接近e:(1100%

1000)1000(10.1)e。

5%

50)50为了便于思考,取n=50,:(1

5%

50100%1000(10.1)150。因此,5%利率相当于e的20分之一1次方:(1)50[(1)1000]20e20

注意:20分之一正好等于利率5%,所以公式可以写成:

FVerate,式中rate就是利率。这说明只要是持续不断的复合式增长,e可以用于任何增长率的计算。

再考虑时间因素,如果把钱在银行里存t年,最多可以得到多少钱呢?

rtrtFV(e)e,此式为计算本利和的万能公式,可以适用于任何时间,任何利率。

进一步思考,如果银行利率是5%的复利,请问1元存款翻倍需要多少时间?

求解需要多少时间等价于解方程:1

e5%t

2t

ln25%

0.6935%

69.3

5

725,结果是13.86年。上式最后一个等号,表明用72除以利率,可以得到翻倍的大致时间,这就是经济学上著名的72法则。

e在自然科学中有着重要的地位和作用,比如在原子物理中放射性物质的衰变,生物增殖问题,地质科学中考察地球年龄,用齐奥尔科夫斯基公式计算火箭速度,物体的冷却等等

讲了这么多,e是一个特殊的重要极限,在高等数学及其应用领域中起着奠基般的举足轻重的作用。但如此重要的极限,在一般的教科书中对它的存在性的证明却叙述得较少,甚至不证明,只让去死记硬背一个十分难记难懂的结论。下面我尝试证明极限e的存在,并且确定它的值。

一、极限e存在性的证明

Lim(1为了证明极限

x

1x)

x

e

首先给出关于极限存在的两个基本准则。I 夹逼准则:如果函数(x)f(x)

Limf(x)A。

(x)且Lim(x)

A,Lim(x)A,那么

II 单调有界数列必有极限。

f(x)(1

(1

1x

1x)

x

这个函数既不是幂函数也不是指数函数,我们称之为幂指数函数。

只有当)0时这个函数才有定义,故只对x0与x

1来证明。

1、当x0时,首先让x取正整数,即x=n,n=1,2,3……若x0而(1x)0有伯努利不等式(1

x)

n

1nx,这个不等式可由二项式定理推出,并且对1x0时不等式仍

然成立,可由由数学归纳法证明。因此,对伯努利不等式将x换成(

(1

1n

1n),便有)

n

1

1n

或者(1

1n)(1

n

1n)

n

(1

1n)

故对n1有 f(n)(1

1n)

(1n)

n

n1

n

11

1

n1

n1

f(n1)

说明f(n)是随n的增加而增加的,即f(n)是单调增加数列,另一方面由二项定理知

f(n)(11111

12!12!

1n)11n)

n

n11!n(11n!

1n

n(n1)12!)(1

2n12n



1n!

n(n1)3211

n!1n)(1

2n)(1

n

n

n

(113!

3!)1

2(112

n1

n1n)1

3111

112

12

3

n1

说明f(n)是单调增加有界数列,根据准则II,f(n)的极限存在,以e表示之,即

Lim(1

n

1n)e

n

(1a)

其次,对任意x0,必存在两个相邻的整数m与m+1,使得mxm1,因而

1mx1m)

1m1

从而

1x)

x

(1

m1

(11

(1

1m1)或者

1m1)

1

m

f(m)(1

m)f(x)f(m1)(1

1m)1,(1

1m1)

1

(1m并且f(m)e,f(m1)e,当x时,1

由准则I知

Limf(x)Lim(1

x

x

1x)

x

e(1b)

2、当x1时,xx

1x

x



x1

x

f(x)(1)

x

1

1

x1

x

1(1

1x1)f(x1)(1

1x1),当

x时,x,(1

1x1)1,f(x1)e

所以Lim(1

x

1x)f(x1)(1

x

x

1x1)e(1c)

综合1a,1b,1c对于x0与x1,极限得到了证明。

二、极限e的确定与求法

由二项定理及极限1可得到e的表达式

eLim(1

n

1n)Lim(1

n

n

11!

12!



1n!)或者e11

12!

13!



由此可知e是个无理数,整数部分是2,小数部分是个无限不循环小数。数e的近似值可以通过f(x)e的泰勒展开式:

x

e1

x

x1!

x

2!

x

3!



x

n1

(n1)!

e

Qx

x

n

n!

其中1eexex,当x=1时有

e11

12!13!



1(n1)!

e

Q

n!

(1eQe3)

如取n=9,可得

e11

12!13!14!15!16!17!18!19!e

Q

110.50.1666670.0416670.0083330.0013890.0001980.0000250.000003e

Q

=2.718279

由此计算方法可见,若要求精度越高,则n取的越大,且计算每一项的精确度比要求的精度要高,当n<10时高一位,n<100时高二位,……

第二篇:欧拉常数的证明(本站推荐)

调和级数S=1+1/2+1/3+……是发散的,证明如下:

由于ln(1+1/n)<1/n(n=1,2,3,…)

于是调和级数的前n项部分和满足

Sn=1+1/2+1/3+…+1/n>ln(1+1)+ln(1+1/2)+ln(1+1/3)+…+ln(1+1/n)

=ln2+ln(3/2)+ln(4/3)+…+ln[(n+1)/n]

=ln[2*3/2*4/3*…*(n+1)/n]=ln(n+1)

由于

lim Sn(n→∞)≥lim ln(n+1)(n→∞)=+∞

所以Sn的极限不存在,调和级数发散。

但极限S=lim[1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)](n→∞)却存在,因为Sn=1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)>ln(1+1)+ln(1+1/2)+ln(1+1/3)+…+ln(1+1/n)-ln(n)

=ln(n+1)-ln(n)=ln(1+1/n)

由于

lim Sn(n→∞)≥lim ln(1+1/n)(n→∞)=0

因此Sn有下界

Sn-S(n+1)=1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)-[1+1/2+1/3+…+1/(n+1)-ln(n+1)]

=ln(n+1)-ln(n)-1/(n+1)=ln(1+1/n)-1/(n+1)

将ln(1+1/n)展开,取其前两项,由于舍弃的项之和大于0,故

ln(1+1/n)-1/(n+1)>1/n-1/(2n^2)-1/(n+1)=1/(n^2+n)-1/(2n^2)>0

即ln(1+1/n)-1/(n+1)>0,所以Sn单调递减。由单调有界数列极限定理,可知Sn必有极限,因此

S=lim[1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)](n→∞)存在。

于是设这个数为γ,这个数就叫作欧拉常数,他的近似值约为0.5772***86060651209,目前还不知道它是有理数还是无理数。在微积分学中,欧拉常数γ有许多应用,如求某些数列的极限,某些收敛数项级数的和等。例如求

lim[1/(n+1)+1/(n+2)+…+1/(n+n)](n→∞),可以这样做:lim[1/(n+1)+1/(n+2)+…+1/(n+n)](n→∞)

=lim[1+1/2+1/3+…+1/(n+n)-ln(n+n)](n→∞)

-lim[1+1/2+1/3+…+1/n-ln(n)](n→∞)+lim[ln(n+n)-ln(n)](n→∞)=γ-γ+ln2=ln2

欧拉常数发现的历史

著名数学家莱昂哈德·欧拉(1707-1783)该常数最先由瑞士数学家莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)在1735年发表的文章 De

Progressionibus harmonicus observationes 中定义。欧拉曾经使用C作为它的符号,并计算出了它的前6位小数。

第三篇:自然脱盲人员情况证明

自然脱盲人员情况证明

兹有同志,性别,年月出生,经核查,该同志系自然脱盲人员,其自然脱盲情况如下:

。特此证明。

证明人:

时间:年月日

第四篇:高中物理常用基本物理常数

20楼

物理常数 符号 最佳实验值 供计算用值

真空中光速 c 299792458±1.2m·s-1 3.00×108 m·s-1

万有引力常数 G0(6.6720±0.0041)×10-11m3·s-2 6.67×10-11 m3·s-2

阿伏加德罗(Avogadro)常数 N0(6.022045±0.000031)×1023mol-1 6.02×1023 mol-1

普适气体常数 R(8.31441±0.00026)J·mol-1·K-1 8.31 J·mol-1·K-1

玻尔兹曼(Boltzmann)常 数 k(1.380662±0.000041)×10-23J·K-1 1.38×10-23 J·K-1

理想气体摩尔体积 Vm(22.41383±0.00070)×10-3 22.4×10-3 m3·mol-1

基本电荷(元电荷)e(1.6021892±0.0000046)×10-19 C 1.602×10-19 C原子质量单位 u(1.6605655±0.0000086)×10-27 kg 1.66×10-27 kg电子静止质量 me(9.109534±0.000047)×10-31kg 9.11×10-31kg

电子荷质比 e/me(1.7588047±0.0000049)×10-11 C· kg-2 1.76×10-11 C· kg-2

质子静止质量 mp(1.6726485±0.0000086)×10-27 kg 1.673×10-27 kg中子静止质量 mn(1.6749543±0.0000086)×10-27 kg 1.675×10-27 kg法拉第常数 F(9.648456±0.000027)C·mol-1 96500 C·mol-1

真空电容率 ε0(8.854187818±0.000000071)×10-12F·m-2 8.85×10-12F·m-2

真空磁导率 μ0 12.5663706144±10-7H·m-1 4πH·m-1

电子磁矩 μe(9.284832±0.000036)×10-24 J·T-1 9.28×10-24 J·T-1

质子磁矩 μp(1.4106171±0.0000055)×10-23 J·T-1 1.41×10-23 J·T-1

玻尔(Bohr)半径 α0(5.2917706±0.0000044)×10-11 m 5.29×10-11 m玻尔(Bohr)磁子 μB(9.274078±0.000036)×10-24 J·T-1 9.27×10-24 J·T-1

核磁子 μN(5.059824±0.000020)×10-27 J·T-1 5.05×10-27 J·T-1

普朗克(Planck)常数 h(6.626176±0.000036)×10-34 J·s 6.63×10-34 J·s

精细结构常数 a 7.2973506(60)×10-3

里德伯(Rydberg)常数 R 1.097373177(83)×107m-1

电子康普顿(Compton)波长2.4263089(40)×10-12m

质子康普顿(Compton)波长1.3214099(22)×10-15m

质子电子质量比 mp/me 1836.1515

第五篇:物理常数的列表[推荐]

以下是所有物理常数的列表:

量 符号 数值 不确定度(10-6)

真空中光速 c 2.99792458×108m/s 准确(定义)

万有引力常数 G 6.67259×10-11m3/(kg·s2)128

电子电荷,基本电荷 e,e0 1.60217733×10-19C 0.30

普朗克常数 h 6.6260755×10-34J·s 0.60

约化普朗克常数 ħ=h/2π 1.05457266×10-34 J·s 0.60

阿伏伽德罗常数 NA 6.0221367×1023 mol-1 0.59

法拉第常数 F =NAe0 9.6485309×104C/mol 0.30

电子质量 me 9.1093897×10-31 kg 0.59

0.51099906 MeV 0.30

里德伯常量 R∞=mecα2/2h 1.0973731534×107m-1 0.0012精细结构常数 α=e02/4πε0hc 7.29735308×10-3 0.045α-1 137.0359895 0.045

电子半径 re=hα/mec 2.81794092×10-15 m 0.13

康普顿波长 λC=h/mec 2.42631058×10-12 m 0.089

玻尔半径 a0=reα-2 5.29177249×10-11 m 0.045

原子质量单位 u=um(12C)1.6605402×10-27kg 0.59

质子质量 mp 1.6726231×10-27kg 0.59

938.27231 MeV 0.30

中子质量 mn 1.6749286×10-27kg 0.59

939.56563 MeV 0.30

磁通量子 Φ0=h/2e0 2.06783461×10-15 Wb 0.30

电子荷质比-e0/me-1.75881962×1011 C/kg 0.30

玻尔磁子 μB=e0ħ/2me 9.2740154×10-24 J/T 0.34

电子磁矩 μe 9.2847701×10-24 J/T 0.34

核磁子 μN=e0ħ/2mp 5.0507866×10-27 J/T 0.34

质子磁矩 μP 1.41060761×10-26 J/T 0.34

旋磁比 γP 2.67522128×108 rad/sT 0.30

量子霍尔阻抗 RH 25812.8056 Ω 0.045

气体常数 R 8.314510 J/(mol·K)8.4

玻尔兹曼常数 k,kB=R/NA 1.380658×10-23J/K 8.5

斯特藩-玻尔兹曼常量 σ=π²kB4/60ħ3c2 5.67051×10-8W/m2K4 34维恩常量 b=λmaxT 2.897756×10-3 m·K 8.4

真空磁导率 μ0 4π×10-7N/A2 准确(定义)

真空电容率 ε0=(μ0c2)-1 8.85418781762…×10-12 F/m 准确(定义)

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