Es la respuesta a la pregunta: ¿Qué función se convertirá en su propia derivada?
Digamos que no sabías qué era [matemáticas] e [/ matemáticas], pero querías averiguarlo. Solo tenía en mente la pregunta anterior para que [matemáticas] f (x) = e ^ x [/ matemáticas], y sabía que deseaba el resultado [matemáticas] f ‘(x) = e ^ x [/ matemáticas] . Ahora usa el método estándar para encontrar la derivada.
(Solo para aclarar, suponga que todavía no sabemos qué es exactamente [matemáticas] e [/ matemáticas] , y que podría haber escrito una letra completamente diferente, como [matemáticas] a [/ matemáticas] o [matemáticas] u [/ math] . Lo que deseamos es un resultado específico. Solo uso [math] e [/ math] porque la gente está acostumbrada. No estoy tratando de demostrar que [math] e = e [/ math] . Estoy tratando de demostrar por qué [matemáticas] e [/ matemáticas] es el número y cuáles son los efectos)
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {h \ a 0} \ frac {f (x + h) -f (x)} {h} = f ‘(x) [/ matemáticas]
Ok, de nuevo, la función es [matemáticas] f (x) = e ^ x [/ matemáticas], y el resultado que queremos es, bueno, el mismo [matemáticas] f ‘(x) = f (x) = e ^ x [/ matemáticas]. Vamos a escribir eso.
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {h \ a 0} \ frac {e ^ {x + h} -e ^ x} {h} = e ^ x [/ matemáticas].
Ahora no voy a proceder con un enfoque matemático súper estricto. Voy a hacer esto de una manera más explicativa.
Primero, elimine [math] e ^ x [/ math] en ambos lados. No depende de [matemáticas] h [/ matemáticas].
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {h \ a 0} \ frac {e ^ {h} -1} {h} = 1 [/ matemáticas].
Multiplique con [matemáticas] h [/ matemáticas] en ambos lados. Y use el “límite de cosas” en ambos lados ya que tenemos [matemáticas] h [/ matemáticas] en ambos lados y queremos que se acerque a cero.
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {h \ a 0} e ^ {h} -1 = \ lim_ {h \ a 0} h [/ matemáticas].
Ahora agregue [math] 1 [/ math] a ambos lados.
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {h \ a 0} e ^ {h} = \ lim_ {h \ a 0} 1 + h [/ matemáticas].
Ok, para obtener [math] e [/ math] solo en el lado izquierdo, tomamos la raíz h: th en ambos lados. Y al igual que [math] x ^ {10} [/ math] y tomar la raíz 10: th podría escribirse como [math] (x ^ {10}) ^ {\ frac {1} {10}} [/ math ] tomaremos [matemáticas] (e ^ h) ^ {\ frac {1} {h}} [/ matemáticas]. Entonces obtenemos
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {h \ a 0} e = \ lim_ {h \ a 0} (1 + h) ^ {\ frac {1} {h}} [/ matemáticas].
Ahora, antes que nada, [math] e [/ math] en el lado izquierdo ya no depende de [math] h [/ math], así que ignoraré escribir el límite. Segundo, en lugar de tener [matemáticas] 1 / h [/ matemáticas], lo reescribiré más fácilmente a [matemáticas] n = \ frac {1} {h} [/ matemáticas]. Entonces, cuando [math] h [/ math] se aproxima a cero, [math] n [/ math] se acercará al infinito. Y reescrito tendremos [math] h = \ frac {1} {n} [/ math]. Como resultado, cuando [math] h [/ math] se acerca a cero, será lo mismo que dividir [math] 1 [/ math] con infinito. Explicaré más abajo por qué hago esto.
Vamos a escribir esto.
[matemáticas] \ displaystyle \ lim_ {n \ to \ infty} \ left (1+ \ frac {1} {n} \ right) ^ {n} = e [/ math]
Así que ahora, solo conecte un gran número. Diga [matemáticas] n = 1 \, 000 \, 000 [/ matemáticas]. Esto nos da
[matemáticas] e = 2.718280469 [/ matemáticas]
que en realidad está bastante cerca
Quería cambiar [matemática] h [/ matemática] a [matemática] n [/ matemática] en el límite porque es más fácil escribir un número grande que contar cuántos ceros tienes en tu forma decimal si quisieras usar [matemáticas] h [/ matemáticas] acercándose a cero.
¿Ahora qué hemos mostrado?
Hemos demostrado que existe un número, 2.718281828 … y si lo llevas a la potencia de algo , representado por x, su derivada tendrá exactamente la misma curva. Tendrá todas las mismas propiedades. Y la derivada de la derivada de la derivada … tendrá las mismas propiedades. Se podría decir que el valor de la función en un punto específico será el mismo valor que su crecimiento en ese punto. De alguna manera es una locura. Empiezas a hacer preguntas como: ¿Por qué ese número? ¿Por qué esos dígitos? De alguna manera no tiene ningún sentido. Teniendo, por ejemplo, [matemáticas] 2.7 ^ x [/ matemáticas] o [matemáticas] 3 ^ x [/ matemáticas] no obtendré los mismos resultados asombrosos, pero si tengo este número extraño.
Creo que es una de las cosas más geniales pero molestas del universo. ¿Por qué no podría haber sido un número más simple?
Supongo que la respuesta es: porque .