作业帮完成下列一道数学题目,求证 自然对数底e
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/17 15:52:07
完成下列一道数学题目,求证 自然对数底e
完成下列一道数学题目,
求证 自然对数底e
完成下列一道数学题目,求证 自然对数底e
这个问题属于初等函数范畴,需要具备函数极限、微积分 方面的知识基础.浏览了楼主的回答列表,我认为楼主的知识基础已经具备.
设函数 f(x) = (1 + 1/x)^x
首先证明当 x 趋向正无穷大时,该函数有极限.其次求该极限.
取x为整数n的情况,利用二项式定理
f(n) = (1+1/n)^n
=（k从0到n的求和）∑n(n-1)(n-2)……(n-k+1)/(k!*n^k)
=(k从0到n的求和)∑(1/k!)*(1-1/n)(1-2/n)……[1-(k-1)/n]
同理写出f(n+1)的展开式,容易看出 f(n+1) > f(n)
因此 f(n)是单调递增函数
同时从f(n)的展开表达式还可以得到
f(n) ≤ 1 + 1 + 1/2!+ 1/3!+ …… + 1/n!
再利用 n!> 2^(n-1) ,.（此定理的证明从略）
f(n) < 2 + 1/2 + 1/2^2 + 1/2^3 + …… + 1/2^(n-1)
= 3 - 1/2^(n-1) < 3
综上所述,f(n)随n单调递增,同时有界.因此 f(n)有极限.
之后利用初等函数中的夹挤定理,又可以进一步证明 f(x) 与f(n)类似.于是定义 x趋于正无穷大时,f(x)极限值为 e.
通过对 x取一个很大的数,可以计算出 e.x取得越大,e值越精确.
e≈2.7182818284……
e 值是这样定义出的.进一步研究又表明e值有一些有趣的数学性质.
例如对于以a为底的对数函数 f(x)=loga(x)求微分,
其结果为 f'(x)= [loga(e)]/x
这个结果的简单证明过程：
f'(x) = lim [f(x+Δx) - f(x)]/Δx .其中 Δx 趋向0.
代入 f(x)及 f(x+Δx)表达式后,
f'(x)= （1/x) * lim loga(1+Δx/x)^(Δx/x)
f'(x) = (1/x) * lim loga(1 +1/z)^z ,其中z趋向正无穷大
所以
f'(x)=(1/x)* loga(e)
然后在利用这个结果以及反函数的微分,可以证明 指数函数的微分 为
f(x) = a^x
f'(x) = loge(a) * a^x
因此定义 loge(a) = ln a
自此出现了自然对数.
另外从 (a^x)' = lna * a^x 可以推出 e^x 的导数恰好是其自身.