e (число)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Иррациональные числа
ζ(3) — ρ — 2 — 3 — 5ln 2φ,Φ — ψα,δ — e — π
Система счисления Оценка числа
Двоичная 10,101101111110000101010001011001…
Десятичная 2,7182818284590452353602874713527…
Шестнадцатеричная 2,B7E151628AED2A6A…
Шестидесятеричная 2; 43 05 48 52 29 48 35 …
Рациональные приближения 8/3; 11/4; 19/7; 87/32; 106/39; 193/71; 1264/465; 2721/1001; 23225/8544

(перечислено в порядке увеличения точности)

Непрерывная дробь [2; 1, 2, 1, 1, 4, 1, 1, 6, 1, 1, 8, 1, 1, 10, 1, …]

(Эта непрерывная дробь не периодическая. Записана в линейной нотации)

2,7182818284 5904523536 0287471352 6624977572 4709369995 9574966967 6277240766 3035354759 4571382178 5251664274 2746639193 2003059921 8174135966 2904357290 0334295260 5956307381 3232862794 3490763233 8298807531 9525101901 1573834187 9307021540 8914993488 4167509244 7614606680 8226480016 8477411853 7423454424 3710753907 7744992069 5517027618 3860626133 1384583000 7520449338 2656029760 6737113200 7093287091 2744374704 7230696977 2093101416 9283681902 5515108657 4637721112 5238978442 5056953696 7707854499 6996794686 4454905987 9316368892 3009879312 7736178215 4249992295 7635148220 8269895193 6680331825 2886939849 6465105820 9392398294 8879332036 2509443117 3012381970 6841614039 7019837679 3206832823 7646480429 5311802328 7825098194 5581530175 6717361332 0698112509 9618188159 3041690351 5988885193 4580727386 6738589422 8792284998 9208680582 5749279610 4841984443 6346324496 8487560233 6248270419 7862320900 2160990235 3043699418 4914631409 3431738143 6405462531 5209618369 0888707016 7683964243 7814059271 4563549061 3031072085 1038375051 0115747704 1718986106 8739696552 1267154688 9570350354


Первые 1000 знаков после запятой числа e[1]

(последовательность A001113 в OEIS)
Площадь области под графиком на отрезке равна 1
e — это некоторое число a, такое, что значение производной (тангенс наклона касательной) показательной функции f (x) = ax (синяя кривая) в точке x = 0 равняется 1 (красная линия). Для сравнения показаны функция 2x (пунктирная кривая) и 4x (штриховая кривая); тангенс наклона касательных для которых отличен от 1

e — основание натурального логарифма, математическая константа, иррациональное и трансцендентное число. Приблизительно равно 2,71828. Иногда число называют числом Эйлера или числом Непера. Обозначается строчной латинской буквой «e».

Максимум функции достигается при .

Число e играет важную роль в дифференциальном и интегральном исчислении, а также во многих других разделах математики.

Поскольку функция экспоненты интегрируется и дифференцируется «в саму себя», логарифмы именно по основанию принимаются как натуральные.

Способы определения[править | править код]

Число e может быть определено несколькими способами.

  • Через предел:
    (второй замечательный предел).
    (это следует из формулы Муавра — Стирлинга).
  • Как сумма ряда:
    или .
  • Как единственное число , для которого выполняется
  • Как единственное положительное число , для которого верно

Свойства[править | править код]

  • Производная экспоненты равна самой экспоненте:
    Данное свойство играет важную роль в решении дифференциальных уравнений. Так, например, общим решением дифференциального уравнения являются функции , где  — произвольная константа.
  • Число иррационально. Доказательство иррациональности является элементарным.
  • Число трансцендентно. Впервые это было доказано в 1873 году Шарлем Эрмитом.[2] Трансцендентность числа следует из теоремы Линдемана.
  • Предполагается, что  — нормальное число, то есть частота появления разных цифр в его записи одинакова. В настоящее время (2017) эта гипотеза не доказана.
  • Число e является вычислимым (а значит, и арифметическим) числом.
  • , см. формула Эйлера, в частности
  • Формула, связывающая числа и , т. н. интеграл Пуассона или интеграл Гаусса
  • Для любого комплексного числа z верны следующие равенства:
  • Число e разлагается в бесконечную цепную дробь следующим образом (простое доказательство этого разложения, связанное с аппроксимациями Паде, приведено в[3]):
    , то есть
  • Или эквивалентным ему:
  • Для быстрого вычисления большого числа знаков удобнее использовать другое разложение:
  • Представление Каталана:
  • Представление через произведение:
  • Через числа Белла

  • Мера иррациональности числа равна (что есть наименьшее возможное значение для иррациональных чисел).[4]

История[править | править код]

Данное число иногда называют неперовым в честь шотландского учёного Непера, автора работы «Описание удивительной таблицы логарифмов» (1614 год). Однако это название не совсем корректно, так как у него логарифм числа был равен .

Впервые константа негласно присутствует в приложении к переводу на английский язык вышеупомянутой работы Непера, опубликованному в 1618 году. Негласно, потому что там содержится только таблица натуральных логарифмов, определённых из кинематических соображений, сама же константа не присутствует.

Предполагается, что автором таблицы был английский математик Отред.

Саму же константу впервые вычислил швейцарский математик Якоб Бернулли в ходе решения задачи о предельной величине процентного дохода. Он обнаружил, что если исходная сумма и начисляется годовых один раз в конце года, то итоговая сумма будет . Но если те же самые проценты начислять два раза в год, то умножается на дважды, получая . Начисления процентов раз в квартал приводит к , и так далее. Бернулли показал, что если частоту начисления процентов бесконечно увеличивать, то процентный доход в случае сложного процента имеет предел: и этот предел равен числу .

Таким образом, константа означает максимально возможную годовую прибыль при годовых и максимальной частоте капитализации процентов[5].

Первое известное использование этой константы, где она обозначалась буквой , встречается в письмах Лейбница Гюйгенсу, 16901691 годы.

Букву начал использовать Эйлер в 1727 году, впервые она встречается в письме Эйлера немецкому математику Гольдбаху от 25 ноября 1731 года[6][7], а первой публикацией с этой буквой была его работа «Механика, или Наука о движении, изложенная аналитически», 1736 год. Соответственно, обычно называют числом Эйлера. Хотя впоследствии некоторые учёные использовали букву , буква применялась чаще и в наши дни является стандартным обозначением.

В языках программирования символу в экспоненциальной записи чисел соответствует число 10, а не Эйлерово число. Это связано с историей создания и использования языка FORTRAN для математических вычислений[8].

Приближения[править | править код]

  • Число можно запомнить как 2, 7 и повторяющиеся 18, 28, 18, 28.
  • Мнемоническое правило: два и семь, далее два раза год рождения Льва Толстого (1828), затем углы равнобедренного прямоугольного треугольника (45, 90 и 45 градусов). Стихотворная мнемофраза, иллюстрирующая часть этого правила: «Экспоненту помнить способ есть простой: два и семь десятых, дважды Лев Толстой»
  • Мнемоническое стихотворение, позволяющее запомнить первые 12 знаков после запятой (длины слов кодируют цифры числа e): Мы порхали и блистали, / Но застряли в перевале: / Не признали наши крали / Авторалли.[значимость факта?]
  • С точностью до : [значимость факта?] с точностью [значимость факта?] а с точностью [значимость факта?]
  • , с точностью 0,000001;

В соответствии с теорией непрерывных дробей наилучшими рациональными приближениями числа будут подходящие дроби разложение числа в непрерывную дробь.

Число 19/7 превосходит число e менее чем на 0,004;
Число 87/32 превосходит число e менее чем на 0,0005;
Число 193/71 превосходит число e менее чем на 0,00003;
Число 1264/465 превосходит число e менее чем на 0,000003;
Число 2721/1001 превосходит число e менее чем на 0,0000002;
Число 23225/8544 превосходит число e менее чем на 0,00000001.

Открытые проблемы[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 2 миллиона цифр после запятой
  2. Математическая энциклопедия. — Москва: Советская энциклопедия, 1985. — Т. 5. — С. 426.
  3. William Adkins. A Short Proof of the Simple Continued Fraction Expansion of e. arXiv. arXiv (25 Feb 2006).
  4. Weisstein, Eric W. Мера иррациональности (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
  5. The number e. MacTutor History of Mathematics.
  6. Lettre XV. Euler à Goldbach, dated November 25, 1731 in: P. H. Fuss, ed., Correspondance Mathématique et Physique de Quelques Célèbres Géomètres du XVIIIeme Siècle, vol. 1, (St. Petersburg, Russia: 1843), pp. 56—60 ; см. page 58.
  7. Remmert, Reinhold. Theory of Complex Functions. — Springer-Verlag, 1991. — P. 136. — ISBN 0-387-97195-5.
  8. Эккель Б. Философия Java = Thinking in Java. — 4-е изд. — СПб.: Питер, 2009. — С. 84. — (Библиотека программиста). — ISBN 978-5-388-00003-3.
  9. Weisstein, Eric W. Иррациональное число (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
  10. Weisstein, Eric W. Pi (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
  11. Sondow, Jonathan and Weisstein, Eric W. e (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
  12. en:Irrational number#Open questions
  13. Some unsolved problems in number theory
  14. Weisstein, Eric W. Трансцендентное число (англ.) на сайте Wolfram MathWorld.
  15. An introduction to irrationality and transcendence methods

Ссылки[править | править код]