自然常数来源于复利问题,假如本金为$a$, 年利率为$r$, 则一年后连本带利
\[amount = a(1+r)\]假如存款人和银行修改约定为一年结算2次,即半年结算一次,利息也减半为$\dfrac{r}{2}$,则一年后连本带利
\[amount = a(1+\dfrac{r}{2})^2\]更进一步,假如存款人和银行修改约定为一年结算$n$次,即$\dfrac{1}{n}$年结算一次,利息也减少为$\dfrac{r}{n}$,则一年后连本带利
\[amount = a(1+\dfrac{r}{n})^n\]是不是$n$越大,最后得到的金额$amount$也越大呢?我们可以通过求$amount$的极限来验证
\[amount = \lim_{n\to\infty} a(1+\dfrac{r}{n})^n = a\lim_{n\to\infty} (1+\dfrac{1}{\dfrac{n}{r}})^{\tfrac{n}{r}r} = a[\lim_{\tfrac{n}{r}\to\infty} (1+\dfrac{1}{\dfrac{n}{r}})^{\tfrac{n}{r}}]^r = a[\lim_{n\to\infty} (1+\dfrac{1}{n})^{n}]^r\]上式中$a$和$r$都是常数,我们只要计算$(1+\dfrac{1}{n})^{n}$的极限值就行:
\[\lim_{n\to\infty} (1+\dfrac{1}{n})^{n}\]参下表,当$n$值在不断增加时,$(1+\dfrac{1}{n})^n$越来越稳定,趋近于$2.7182820\ldots$,这就是我们要得到的极限值,一般用$e$来表示,近似于2.718
$n$ | $(1+\dfrac{1}{n})^n$ |
---|---|
1 | 2 |
10 | 2.59374246 |
100 | 2.704813829 |
1000 | 2.716923932 |
10000 | 2.718145927 |
100000 | 2.718268237 |
1000000 | 2.718280469 |
10000000 | 2.718281694 |
100000000 | 2.718281798 |
1000000000 | 2.718282052 |
10000000000 | 2.718282053 |
所以,回到前面提到的问题,假如本金为$a$, 年利率为$r$,则一年后连本带利最多可以得到的金额是
\[amount = a \cdot e^r\]