Как сделать экспонентное число
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
Рассмотрим возможности возведения экспоненты в степень и в частности использования числа Е в Excel, также известного как число Эйлера.
Число Е — основание натурального логарифма, математическая константа равная приблизительно 2,71828.
Также данное число называют как число Эйлера или число Непера.
Экспонента — показательная функция f(x) = exp (x) = e x , где е — число Эйлера.
Также в Excel есть возможность использовать другую известную математическую константу — число Пи.
Функция EXP в Excel
Чтобы возвести экспоненту в степень в Excel можно воспользоваться стандартной функцией:
EXP(число)
Возвращает экспоненту заданного числа.
- Число(обязательный аргумент) — степень, в которую возводится число Е (приблизительное значение 2,71828182845904).
Для получения числа Е в Excel достаточно в качестве аргумента функции EXP взять значение 1:
Экспоненциа́льная за́пись в информатике и вычислительной математике — представление действительных чисел в виде мантиссы и порядка. Удобна для представления очень больших и очень малых чисел, а также для унификации их написания.
- N — записываемое число;
- M — мантисса;
- n — основаниепоказательной функции;
- p (целое) — порядок;
- n p > — характеристика числа.
−1 246 145 000 (минус один миллиард двести сорок шесть миллионов сто сорок пять тысяч): − 1,246 145 ⋅ 10 9 246145\cdot 10^> ; N = −1 246 145 000, M = −1,246145, n = 10, p = 9.
В логарифмических таблицах значения десятичных логарифмов чисел и функций также представлены мантиссами (порядок логарифма вычисляется без труда) [1] .
Функция Exp в Паскале (и многих других языках программирования) вычисляет экспоненту. Синтаксис:
function Exp(X : ValReal) : ValReal;
О типе ValReal я рассказывал здесь.
Функция Exp X вычисляет и возвращает экспоненту числа X.
Вычисление экспоненты - это вычисление числа е в степени X. То есть
Подробности см. в видео и читайте в статье далее.
Обратная функция Ln
Если вы помните функцию Ln, то вы также помните, что она вычисляет натуральный логарифм.
Так вот, обратной функцией Exp является функция Ln. Иными словами, обратная функция экспоненциальной функции (экспоненты) - это натуральный логарифм. То есть:
e X = Exp(X) = Exp(Ln(Y)) = Y
Есть ещё вот такая полезная формула:
x Y = e Y ln(x) = Exp(Y * Ln(X))
Из этого следует, что используя функции Ln и Exp, мы можем возвести любое число в любую степень. Сделать это можно, например, так:
Если описать это математическим языком, то приведённое выше выражение будет эквивалентно следующей записи:
Правда, надо сказать, что здесь есть нюансы. Есть частные случаи, когда приведённое выше выражение выдаст неправильный результат. Например, когда Y или X отрицательные числа, или когда они равны нулю. Такие ситуации надо обрабатывать дополнительно. Однако эта статья не о возведении в степень, поэтому мы будем рассматривать эти частные случаи в другой статье.
Экспонента (экспоненциальная функция) — это математическая функция вида y = e×, или у = exp(x), или у = Exp(x) (где основанием степени является число е).
е — это число Эйлера, у него бесконечное количество цифр после запятой, оно трансцендентное и иррациональное. Оно равно округлённо 2,72 (а полностью — 2,718281828459045. ).
Трансцендентным число называется, если оно не удовлетворяет ни одному алгебраическому уравнению. Иррациональным — если его нельзя представить в виде дроби m/n, где n не равно 0.
Несмотря на свою бесконечность, число е является константой. То есть значением, которое никогда не изменяется.
Показательная функция — это математическая функция вида y = a×.
График экспоненты выглядит следующим образом:
Для чего используется экспонента?
Экспонента применяется и в физике, и в технике, и в экономике, особенно при решении задач, связанных с процентами.
Экспоненциальный рост
Мы используем термин экспоненциальный рост, чтобы сказать о стремительном росте чего-либо. Словосочетание чаще всего употребляется по отношению к росту популяции людей или животных/птиц.
Что такое второй замечательный предел
Швейцарский математик Якоб Бернулли (1655–1705 гг.) вывел число е, когда пытался решить финансовый вопрос. В частности, он пытался понять, как должны начисляться проценты на сумму вклада в банке, чтобы это было наиболее прибыльно для владельца денег.
Он также пытался понять, есть ли лимит у дохода, получаемого в процентах, или он будет увеличиваться бесконечно.
Решая эту задачу, он использовал предел последовательности, а именно второй замечательный предел. Формулу для вычисления числа е можно записать следующим образом (где n — это число, стремящееся к бесконечности):
То есть числу е равняется предел, где n стремится к бесконечности, от 1, плюс 1, разделённый на n, и всё возвести в степень n.
Если подставить в данную формулу вместо n какую-нибудь очень большую цифру, можно получить очень хорошее приближение к е.
Например, подставим 1.000.000 и посчитаем на калькуляторе:
(1 + 1/1000000) ^ 1000000 = 2.7182804691
Как видите, с n = 1.000.000 мы получили достаточно хорошее приближение, с правильными 5 знаками после запятой.
Как определить число е?
Помимо второго замечательного предела, существуют и другие способы для определения числа е:
- через сумму ряда;
- через формулу Муавра — Стирлинга;
- другие.
Сумма ряда
Существует мнение, что этот метод использовал сам Эйлер, когда высчитывал е.
Можно получить приближение е, рассчитав первые 7 частей этой суммы:
И эти вычисления дали нам следующий результат:
Этот метод дал нам точных 4 знака после запятой, и его достаточно легко запомнить.
Формула Муавра — Стирлинга
Также называется просто формула Стирлинга:
И в этом случае чем больше n, тем точнее будет результат.
Как запомнить число е
Можно легко запомнить 9 знаков после запятой, если заметить удивительную закономерность: после "2,7" число "1828" появляется дважды (2,7 1828 1828). В 1828 году родились Лев Толстой и Жюль Верн, а Франц Шуберт умер.
Хотите дальше? Можно и дальше! 15 знаков после запятой! Последующие цифры — это градусы углов в равнобедренном прямоугольном треугольнике ( 45°, 90°, 45°): 2,7 1828 1828 45 90 45.
Интересные факты
Экспоненциальную функцию также называют экспонента.
Показательная функция — это функция вида y=a×, где a — заданное число (основание), x — это переменная.
А если основание = е, с переменной x, то математически логарифм записывается как ln, а не как log. И его называют натуральный логарифм (логарифм с основанием е):
Логарифмическая функция, что обратная к показательной функции y = a×, a > 0, a≠1, пишется как .
Производная и первообразная экспоненциальной функции равны ей самой, т. е. (e×)’ = e×, но (a×)’ = (a×)*ln(a).
Якобу Бернулли в расчётах помогал его брат Иоганн. Один из кратеров на Луне носит их имя.
Число Непера и число Эйлера
Число Непера или Неперово число, число Эйлера — это названия для одного и того же числа е.
Шотландский математик Джон Непер придумал логарифмы. Так как число е является основанием натурального логарифма (ln x), то этому числу присвоили имя математика из Шотландии. Хотя Непер и не вычислял его.
Сам символ e был придуман в 1731 году швейцарским математиком Леонардом Эйлером. Эйлер занимался вычислениями алгоритмов и вывел его основание. А точнее основание натурального логарифма, которым и является число е.
Изобретение логарифмов в XVII веке (1614 год) шотландским математиком Джоном Непером стало одним из важнейших событий в истории математики.
Узнайте также, что такое Число Пи и Логарифм.
Константу впервые вычислил швейцарский математик Якоб Бернулли в ходе решения задачи о предельной величине процентного дохода. Он обнаружил, что если исходная сумма $1 и начисляется 100% годовых один раз в конце года, то итоговая сумма будет $2. Но если те же самые проценты начислять два раза в год, то $1 умножается на 1,5 дважды, получая $2,25 (т. е. 1$*50%=1,5$, затем 1,5$*50%=2,25$). Начисления процентов раз в квартал (4 раза в год, т. е. каждый квартал к новой полученной сумме прибавляем 25%) получаем $2,44140625, и так далее. Бернулли показал, что если частоту начисления процентов бесконечно увеличивать, то процентный доход в случае сложного процента будет равен числу 2,718.
Число e всегда волновало меня — не как буква, а как математическая константа. Что число е означает на самом деле?
Разные математические книги и даже моя горячо любимая Википедия описывает эту величественную константу совершенно бестолковым научным жаргоном:
Математическая константа е является основанием натурального логарифма.
Если заинтересуетесь, что такое натуральный логарифм, найдете такое определение:
Натуральный логарифм, ранее известный как гиперболический логарифм, является логарифмом с основанием е, где е – иррациональная константа, приблизительно равная 2.718281828459.
Определения, конечно, правильные. Но понять их крайне сложно. Конечно, Википедия в этом не виновата: обычно математические пояснения сухи и формальны, составляются по всей строгости науки. Из-за этого новичкам сложно осваивать предмет (а когда-то каждый был новичком).
С меня хватит! Сегодня я делюсь своими высокоинтеллектуальными соображениями о том, что такое число е, и чем оно так круто! Отложите свои толстые, наводящие страх математические книжки в сторону!
Число е – это не просто число
Число пи — это соотношение длины окружности к диаметру, одинаковое для всех окружностей. Это фундаментальная пропорция, свойственная всем окружностям, а следовательно, она участвует в вычислении длины окружности, площади, объема и площади поверхности для кругов, сфер, цилиндров и т.д. Пи показывает, что все окружности связаны, не говоря уже о тригонометрических функциях, выводимых из окружностей (синус, косинус, тангенс).
Число е является базовым соотношением роста для всех непрерывно растущих процессов. Число е позволяет взять простой темп прироста (где разница видна только в конце года) и вычислить составляющие этого показателя, нормальный рост, при котором с каждой наносекундой (или даже быстрее) всё вырастает еще на немного.
Число е участвует как в системах с экспоненциальным, так и постоянным ростом: население, радиоактивный распад, подсчет процентов, и много-много других. Даже ступенчатые системы, которые не растут равномерно, можно аппроксимировать с помощью числа е.
Так что число е – это не случайное, взятое наугад число. Число е воплощает в себе идею, что все непрерывно растущие системы являются масштабированными версиями одного и того же показателя.
Понятие экспоненциального роста
Давайте начнем с рассмотрения базовой системы, которая удваивается за определенный период времени. Например:
И выглядит это примерно так:
Деление на два или удваивание – это очень простая прогрессия. Конечно, мы можем утроить или учетверить, но удваивание более удобно для пояснения.
Математически, если у нас есть х разделений, мы получаем в 2^x раз больше добра, чем было вначале. Если сделано только 1 разбиение, получаем в 2^1 раза больше. Если разбиений 4, у нас получится 2^4=16 частей. Общая формула выглядит так:
Другими словами, удвоение – это 100% рост. Мы можем переписать эту формулу так:
Конечно, мы можем подставить и любое другое число (50%, 25%, 200%) вместо 100% и получить формулу роста для этого нового коэффициента. Общая формула для х периодов временного ряда будет иметь вид:
Приглядимся поближе
Наша формула предполагает, что прирост происходит дискретными шагами. Наши бактерии ждут, ждут, а потом бац!, и в последнюю минуту они удваиваются в количестве. Наша прибыль по процентам от депозита магическим образом появляется ровно через 1 год. На основе формулы, написанной выше, прибыль растет ступенчато. Зеленые точки появляются внезапно.
Но мир не всегда таков. Если мы увеличим картинку, мы увидим, что наши друзья-бактерии делятся постоянно:
Зеленый малый не возникает из ничего: он медленно вырастает из синего родителя. После 1 периода времени (24 часа в нашем случае), зеленый друг уже полностью созрел. Повзрослев, он стает полноценным синим членом стада и может создавать новые зеленые клеточки сам.
Эта информация как-то изменит наше уравнение?
Не-а. В случае с бактериями, полусформированные зеленые клетки все же не могут ничего делать, пока не вырастут и совсем не отделятся от своих синих родителей. Так что уравнение справедливо.
Читайте также: