¿Cuál es la interpretación física y el significado de la constante [matemática] e [/ matemática] de Euler?

Define cualquier sistema dinámico donde la tasa de cambio de una cantidad en ese sistema es proporcional a la cantidad misma.

O:

[matemáticas] \ frac {dN (t)} {dt} = kN (t) [/ matemáticas]

La solución general de las cuales es:

[matemáticas] N (t) = e ^ {kt + A} [/ matemáticas]

Donde [math] A [/ math] es solo una constante de integración.

En este sentido, [matemática] e [/ matemática] es verdaderamente una constante matemática y solo se aplica al universo físico en la medida en que elijamos usarlo para modelar el universo físico.

Por ejemplo, [math] \ pi [/ math] es relevante para cualquier geometría circular en el universo. Es relevante para las ondas y las oscilaciones, la ley del cuadrado inverso, las órbitas elípticas, etc.

Sin embargo, solo es significativo en la medida en que usamos geometría para modelar el universo.

Por otro lado, las constantes físicas están divorciadas de la geometría y generalmente solo están vinculadas a la medición.

Por ejemplo, la velocidad de la luz, [matemáticas] c [/ matemáticas], es una constante física que describe la distancia que recorre una onda electromagnética en el vacío por unidad de tiempo. Tiene diferentes valores dependiendo de su sistema de medición, pero siempre es “[matemática] c [/ matemática]”.

Si tengo una sustancia radiactiva, tendrá varios núcleos de sustancia original, [matemática] N [/ matemática], de modo que:

[matemáticas] N (t) = N (0) e ^ {- bt} [/ matemáticas]

Donde [math] b [/ math] es solo la constante de descomposición del material.

Sin embargo, esta no es la definición física de [matemáticas] e [/ matemáticas]. En cambio, muestra cómo una constante matemática ([matemáticas] e [/ matemáticas]) puede usarse para modelar un sistema físico.

Sin embargo, la constante de descomposición , en este caso, ES una constante física (para una sustancia dada).

¿Por qué no se define [matemática] e [/ matemática] por la desintegración radiactiva?

Por la misma razón que el crecimiento bacteriano, los circuitos RC, el arrastre viscoso, las reacciones químicas de primer orden y cientos de otros fenómenos naturales que pueden ser DESCRITOS por [math] e [/ math] no definen [math] e [/ math] .

Entonces, realmente no se puede definir físicamente. En cambio, se define matemáticamente (al igual que [math] \ pi [/ math]… .que por cierto se define como [math] \ frac Cd [/ math] para un círculo, por cierto).

Entonces, ambos se usan para modelar el universo físico.

Del mismo modo, la velocidad de la luz no se puede definir puramente matemáticamente , por ejemplo, porque no hay nada en matemáticas que defina su valor. Solo la observación y las mediciones en el universo físico pueden hacer eso.

Perdón por el formato de ‘herramienta de recorte’. Este es un extracto de una explicación que una vez escribí para mi hijo. Estaba en formato docx, y las ecuaciones no cortan y pegan correctamente.

Espero que te dé una idea de esta fascinante constante.

Ocurre tan a menudo en la naturaleza y en la física, que vale la pena memorizar:

Dos

seguido de un punto decimal

seguido del número 7,

seguido dos veces por la combinación 1828

seguido de la combinación 45 90 45….

Miremos más de cerca la expansión en serie infinita de e ^ x. Emerge de la derivación anterior.

Diferenciarlo wrt x. Usted obtiene

Integrarlo. Usted obtiene

¡Esto es lo significativo de la constante de Euler!

Me recuerda a esa cursi canción I’m My Own Grandpaw

La función exponencial es muy especial. Es la función donde su tasa de cambio es lo mismo que el valor de la función misma. Etiquetamos un fenómeno como crecimiento exponencial si cuanto más tienes, más rápido crece.

La función exponencial generalmente se escribe como

[matemáticas] \ exp (x) = e ^ x [/ matemáticas]

Esa constante [matemáticas] e [/ matemáticas] es la base natural de la función, por lo que es la solución a la ecuación diferencial

[matemáticas] f ‘= f [/ matemáticas]

Más generalmente, la función [math] e ^ {\ lambda x} [/ math] es una función propia del operador diferencial. Tomas su derivada y obtienes lo mismo de nuevo, multiplicado por el factor de escala [math] \ lambda [/ math].

Entonces, ¿cómo calculamos [matemáticas] e [/ matemáticas]? Una forma es usar la expansión de la serie Taylor para la función exponencial. La serie Taylor centrada en cero también se llama serie Maclaurin. Queremos una función en la que si tomamos su derivada cada término se convierta en el que queda.

[matemáticas] \ exp (x) = 1 + x + \ frac {1} {2!} x ^ 2 + \ frac {1} {3!} x ^ 3 + \ frac {1} {4!} x ^ 4 +… [/ matemáticas]

Si conectamos uno en esta serie, obtenemos [math] e [/ math].

[matemáticas] \ exp (1) = e ^ 1 = e = 1 + 1 + \ frac {1} {2!} + \ frac {1} {3!} + \ frac {1} {4!} +… [/matemáticas]

Entonces [math] e [/ math] es la suma de los recíprocos de todos los factoriales. También converge bastante rápido.


Cuando queremos establecer modelos para interés compuesto, crecimiento de la población, movimiento armónico, etc., surge la función exponencial. [math] e [/ math] es el buen valor que viene con él.

Es una entidad matemática, no física. Una definición es

[matemáticas] e = \ sum_ {n = 0} ^ \ infty 1 / n! [/ matemáticas] donde [matemáticas] n! \ equiv n \ cdot (n-1) \ cdot (n-2) \ cdots 3 \ cdot2 \ cdot1 [/ math] y [math] 0! = 1 [/ matemáticas].

Sin embargo, puede llegar desde muchas direcciones. Pruebe este: la función exponencial