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[數學] e^x 的微分為什麼是自己 (2)

可歪 | 2024-07-19 11:44:06 | 巴幣 1110 | 人氣 335


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?





創作回應

STARSAILOR
誰會來巴哈看數學?這裡只有學店仔跟保全吧
2024-07-19 17:33:52
可歪
我也覺得沒人會特地來巴哈看數學,直到發現跟著數學點進來居然是巴哈......
2024-07-19 19:30:08
C行者
看完了 微積分忘光光 給你讚
2024-07-20 09:17:49
可歪
感謝按讚!不常用的東西本來就是會忘光,寫這個也是希望哪天突然有興趣的人比較容易找到答案。不然會在巴哈寫數學文是不是真的搞錯了些什麼 XD
2024-07-20 10:46:12
C行者
不會啦 遊戲開發可能也會用到微積分 玩遊戲算傷害也可能會用到微積分
2024-07-20 12:30:35
可歪
嗯嗯,在有限的數值配置下其實都是在算最佳解問題,如果採用的模型變數不會太多,用微分找極值還是蠻有效率的做法。機器學習某種程度也是在為多變數模型找最佳解。
2024-07-20 13:19:57
飄也
在首頁看巴哈新聞結果往下滑在創作大廳的推薦竟然看到數學,看完ㄌ給你讚
2024-07-20 13:11:30
可歪
感謝按讚!竟然看到創作大廳有奇怪的數學混進來了
2024-07-20 13:38:39

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