时间:1752年7月的一天。


地点:美国费城的一方野地。


天是那样的阴沉,狂风呼啸着,乌云翻滚着,空中响起阵阵震耳的雷声,闪电像劈空的利剑划破长天。雨开始落下,人们纷纷跑进屋里躲避。在纷乱中,一个中年人带着一个小伙子,顶着风雨,艰难地步向荒野。中年人的手上提着一个大风筝,这是一个特制的风筝:


绸制的面,上面缚着一根铁丝,放风筝的细麻绳就系在这根铁丝上,在麻绳的下端挂着一只铜钥匙。风筝随风越飘越高,雨也渐渐越下越密。猛然,空中亮起了一道闪电,那人身上一阵发颤,手里顿感麻酥酥的。他又试着把手指靠近铜钥匙,手指与钥匙之间竟闪起了蓝色的火花!


此时此刻,中年人兴奋极了,他忘乎所以地高呼着: “我受到电击了! 我终于证明了闪电就是电!”随后,他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。


上面讲的是科学史上一个著名的实验。进行这项实验的中年人,是美国著名的科学家,避雷针的发明人,本杰明·富兰克林(BenjaminFranklin,1706—1790),跟随他实验的小伙子是他的儿子。


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本杰明·富兰克林

富兰克林一生为科学和民主革命而工作,他死后留下的财产并不可观,大致只有1000英镑。令人惊讶的是,他竟留下了一份分配几百万英镑财产的遗嘱! 这份有趣的遗嘱是这样写的:


“……1000英镑赠给波士顿的居民,如果他们接受了这 1000 英 镑,那么这笔钱应该托付给一些挑选出来的公民,他们得把这些钱按每年5%的利率借给一些年轻的手工业者去生息。这笔钱过了100年增加到131000英镑。我希望,那时候用100000英镑来建立一所公共建筑物,剩下的31000英镑拿去继续生息 100 年。在第 2 个 100 年末,这笔款增加到4061000英镑,其中1061000英镑还是由波士顿的居民来支配,而其余的3000000英镑让马萨诸州的公众来管理。此后,我可不敢多作主张了!”


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富兰克林卒于 1790 年,他遗嘱执行的最后期限,大约在1990年左右。看到这里你可能不禁要问:作为科学家的富兰克林,留下1000英镑,竟立了百万富翁般的遗嘱,莫非“昏了头脑”?!让我们按照富兰克林的设想实际计算一下。


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富兰克林的遗产计算表

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上式显然是函数y=a,当a=1.05时的特例。

在数学上形如y=a的函数称为指数函数,其中a 约定为大于0且不等于1的常量。


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上图画出了三个函数的图像。从图像容易看出:当底a大于1时,指数函数是递增的,而且越增越快;反之,当底a小于1时,指数函数递减。


让我 们 观 察 故 事 中b =1.05值的变化,不难算得:

当x=1时,b=1.05

当x=2时,b=1.103;

当x=3时,b=1.158;

……

当x=100时,b=131.501。

这意味着,上面的故事中,在第1个100年末富兰克林的财产应当增加到


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这比富兰克林遗嘱中写的还多出501英镑呢! 在第2个100年末,他拥有的财产就更多了:


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可见富兰克林的遗嘱在科学上是站得住脚的!


微薄的资金,低廉的利率,在神秘的指数效应下,可以变得令人瞠目结舌。这就是富兰克林的故事给人的启示! 历史上由于没能意识到这一点而吃了亏的,真是不乏其人,大名鼎鼎的拿破仑·波拿巴(NapoleonBonaparte,1769—1821)就是其中的一个。


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拿破仑·波拿巴


拿破仑还算得上是一位与数学有缘分的人,至今仍有一条几何学上的定理,归属于他的名下。这一条定理是:若在任意三角形的各边向外作等边三角形,则它们的外接圆圆心相连也构成一个等边三角形,如图所示。


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然而,这位将军,却在无意中陷进了指数效应的旋涡!


1797年,当拿破仑参观卢森堡的一所国立小学的时候,赠上了一束价值3个金路易的玫瑰花,并许诺说,只要法兰西共和国存在一天,他将每年送一束价值相等的玫瑰花,以作为两国友谊的象征。此后,由于火与剑的征战,拿破仑忘却了这一诺言!


当时间的长河向前推进了近一个世纪之后,1894年,卢森堡王国郑重向法兰西共和国提出了“玫瑰花悬案”,要求法国政府在拿破仑的声誉和1375596法郎的债款中,二者选取其一。这笔高达百万法郎的巨款,就是3个金路易的本金,以5%的年利率,在97年的指数效应下的产物。


不过,指数效应更多是积极的方面,许多人有效地利用它,使自己成为知识和财富的主人!


美国苹果电脑公司,是1977年由两位年轻的创业者成立的,他们齐心协力,苦心经营,使销售量以平均每年171%的增长率递增。在短短的6年时间内,他们的销售额从250万美元,增加到近10亿美元:


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苹果公司也从一个挤在车库中办公的不显眼的小公司,一跃而成为世界闻名的大企业。两个年轻人也因此成了亿万财富的主人!


指数函数不仅在数学、物理、天文上应用极广,而且在其他自然科学甚至社会科学上也大有用处!


以指数规律变化的自然现象和社会现象,有一种极为重要的特性,即量 A 的变 化 量ΔA,总是与量A 本身及其变化时间 Δt成正比

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数学上可以证明,上式右端括号内的量,当变化时间很短时,趋向一个极限K(实际上等于lna),从而证得

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反过来,数学家也已经证明:如果量A的变化量与它本身及变化时间成正比(比例系数为K),那么此时必有

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这里A是变量A 的初始值(t=0),数e=2.718…则是一个与圆周率π一样重要的数学常量。从银行利息的结算到细菌的增长,甚至是原子核的衰变,处处都能够看到e的身影。


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来源:原点阅读

编辑:Paarthurnax


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