接續上一篇的主題,來看看昨天關於 e^x 的證明出了什麼問題。
這裡稍微回顧一下問題的時間軸:
[1] 我想知道 e^x 的微分結果怎麼來的,也就是為什麼 (e^x)' = e^x
[2] 如果能知道 a^x 的微分結果,只要把 a 換成 e 就好,而 (a^x)' = a^x ln(a)
[3] 於是我們就去找了 (a^x)' = a^x ln(a) 的證明,就像下面這樣
問題就出在這個證明用到了 (e^x)' = e^x 這個前提,然而這個結果卻是我們想要求證的東西。換句話說即便 [3] 的證明是正確的,也不能以此為前提來證明 (e^x)' = e^x,所以當我們想利用 (a^x)' 的結果時,就得換個方式來得到 a^x ln(a) 這個結果。
以下讓我們回歸微分的導數定義,看看能不能得到跟 [3] 一樣的結果:
這裡簡單做一下變數代換,即令 ,則 ,且當 h 趨近於零時,u 亦趨近於零:
這裡冒出了一個很重要的極限值,在繼續往下之前我們先再做一次簡單的代換,即令 ,則當 u 趨近於零時,n 趨近於無窮大:
這個極限值多重要呢?你一定猜到了,又或是早就知道:
也許以後我們再聊聊這個極限的收斂性,以及為什麼有辦法算出這個值,不過現在我們就先把 e 代進式子裡:
這裡已經得到我們要的結果了,最後用到一個對數的性質,也就是
到此為止應該就可以收工囉,不過為了扣題,我想最後再為這兩篇文章做個小結:
1. 因為大家對 e^x 的微分結果習以為常,所以對一開始 [3] 的證明是完全能夠接受的,然而當我們想用 [3] 的「結果」證明 (e^x)' = e^x,這個 [3] 的「過程」就是不能被接受的,即便它完全正確。
2. 上面的過程中我們也看到對於 e 的極限定義了,當極限出現時我們通常會想知道它是否收束為零、發散至無窮大,又或者收斂成某個定值,不過先讓我們在這裡留一個備考,也就是在這個例子中,其實 e 到底等於多少都不會影響證明。
最後一樣放個小問題好了:
#1. 三角形的內角和是幾度?(蛤?) 為什麼?
#2. 一個平角是幾度?(蛤蛤?) 為什麼?