La función exponencial es una de las funciones más importantes de las matemáticas . El uso de esta función a un x del del valor se escribe como exp ( x ) . Equivalente, esto se puede escribir en el ex del de la forma, donde está un constante matemático, la base del logaritmo natural, que iguala aproximadamente 2.718281828, y también se conoce el e del como número de s de Euler '.
En función del variable verdadero x del, el gráfico y = el x del del e es siempre positivo (sobre el eje del x ) y aumento (de izquierda a derecha vista). Nunca toca el eje del x, aunque consiga arbitrariamente cerca de él (así, el eje del x es una asíntota horizontal al gráfico). Su función inversa, el logaritmo natural, ln ( x ), se define para todo el positivo x . A veces, especialmente en las ciencias la función exponencial del término se utiliza más generalmente para las funciones del x Generalmente el variable x puede ser cualquier número complejo verdadero o, o aún una clase enteramente diversa de objeto matemático; ver la definición formal debajo de . Usar el logaritmo natural, uno puede definir funciones exponenciales más generales. ¡El definido para todo el > 0, y todo el x de los números verdaderos, se llama la función exponencial del con el bajo del de un . Observar que esta definición del se reclina sobre la existencia previamente establecida del , definidos para todos los números verdaderos. (Aquí, ni aclaramos formalmente ni conceptual si existe tal función o qué exponentes non-natural se suponen para significar.) ¡Observar que los asimientos antedichos de la ecuación para el = el e, desde " de las funciones exponenciales; traducir entre la adición y el multiplication" como se expresa en los primeros tres y el quinto de las leyes exponenciales del siguiente: ¡ Éstos son válidos para todo el positivo de los números verdaderos al y el b y todo el x de los números verdaderos y el y . Las expresiones que implican las fracciones y las raíces se pueden simplificar a menudo usar la notación exponencial: l \, {d \ sobre dx} e^x = e^x. Es decir, el x De hecho, muchas ecuaciones diferenciales dan lugar a funciones exponenciales, incluyendo la ecuación de Schrödinger y la ecuación del Laplace así como las ecuaciones para el movimiento armónico simple . Para las funciones exponenciales con otras bases: l \, {d \ sobre dx} a^x = (\ ln a) a^x. Así, el cualquier función exponencial de es un múltiplo constante de su propio derivado. Si el crecimiento de una variable o la tarifa de decaimiento es el proporcional a su &mdash del tamaño; al igual que el caso en crecimiento demográfico ilimitado (véase la catástrofe Malthusian ), el interés continuamente compuesto, o el &mdash del decaimiento radiactivo ; entonces la variable se puede escribir como las épocas constantes una función exponencial del tiempo. Además para cualquier f ( x ) de la función diferenciable, encontramos, por la regla de cadena : l \, {d \ sobre dx} e^ del e^ {f (x)} = f'(x) {f (x)}. El x l = \ ^ del sum_ {n = 0} {\ infty} {x^n \ sobre n!} = 1 + x + {x^2 \ sobre 2!} + {x^3 \ sobre 3!} + {x^4 \ sobre 4!} + \ cdots Observar que esta definición tiene la forma de una serie de Taylor . Usar una definición alterna para la función exponencial debe llevar al mismo resultado cuando está ampliado que una serie de Taylor . Una definición menos común define l \, e^x = {1 \ sobre 0!} + x \, \ se fue ({1 \ sobre 1!} + x \, \ se fue ({1 \ sobre 2!} + x \, \ se fue ({1 \ sobre 3!} + \ cdots \ derecho) \ derecho) \ derecho) Esta expresión convergerá rápidamente si podemos asegurarnos de que x sea menos de uno. Para asegurar esto, podemos utilizar la identidad siguiente. Un algoritmo incluso mejor se puede encontrar como sigue. Primero, notar que el y de la respuesta = el x l \, y = m \, 2^n = e^x. Tomar a conexión ambos lados de los dos pasados nos da: l \, \ ln (y) = \ ln (m) + n \ ln (2) = x. Así, conseguimos el n como resultado de dividir el x por el registro (2) y encontrar el número entero más grande que no es mayor que esto - es decir, la función del piso: el l \, n = \ se fue \ lfloor \ el frac {x} {\ ln (2)} \ derecho \ rfloor. Encontrando el n podemos entonces encontrar el fraccionario u de la parte como esto: l \, u = x - n \ ln (2). El u del número es pequeño y en el u del ≤ de la gama 0 < ln (2) y así que nosotros puede utilizar la serie previamente mencionada para computar el m : l \, m = e^u = 1 + u (1 + u (\ frac {1} {2!} + u (\ frac {1} {3!} + u (…. Encontrando el m y el n podemos entonces producir y simplemente combinando esos dos en un número de la coma flotante: l \, y = e^x = m \, 2^n. Vía la identidad de Euler: l \, \ e^x=1+x+ \ frac {x^2} {2!}+ \ cdots= 1+ \ cfrac {x} {1 \ cfrac {x} {x+2- \ cfrac {2x} {x+3- \ cfrac {3x} {x+4- \ cfrac {4x} {x+5- \ cfrac {5x} {\ ddots}}}}}} Técnicas más avanzadas son necesarias construir el siguiente: l \, \ e^ {2m/n}} \, de =1+ \ del cfrac {los 2m} {(nanómetro) + \ cfrac {m^2} {3n+ \ cfrac {m^2} {5n+ \ cfrac {m^2} {7n+ \ cfrac {m^2} {9n+ \ cfrac {m^2} {\ ddots}}}}} m del ajuste = x y n = 2 producciones l \, \} \, de e^x=1+ \ del cfrac {2x} {(2-x) + \ cfrac {x^2} {6+ \ cfrac {x^2} {10+ \ cfrac {x^2} {14+ \ cfrac {x^2} {18+ \ cfrac {x^2} {\ ddots}}}}} Hay una manera rápida de computar el el paso 1, inicializa alguÌn variables paso 2, prueba k paso 3, (k no es 0 aquí, prueba si k es uniforme) paso 4, (k es impar aquí, se multiplica adentro) paso 5, (la divisoria k por 2/no hace caso del resto, divisoria por el cambio, también f) paso 6, (lazo) paso 7, (hecho, y es resultado = an) En el C usted puede escribir el algoritmo como esto: Mientras que una multiplicación ingenua de a^100 requeriría 100 iteraciones de un lazo que multiplica a, este lazo itera solamente 7 veces (el número 100 se escribe usar 7 pedacitos). Este algoritmo puede fácilmente ser extendido para los enteros con signo haciendo los pasos siguientes antes y después: el paso 1. si k es negativa, niega el valor así que conseguimos un K. positivo n todavía recordamos el valor original. realiza el cómputo antedicho para el Como en el caso verdadero, la función exponencial se puede definir en el plano complejo en varias formas equivalentes. Algunas de estas definiciones reflejan las fórmulas para la función exponencial con valores reales. Específicamente, uno puede todavía utilizar la definición de la serie de energía, donde el valor verdadero es substituido por complejo: ¡ Otra definición amplía la función exponencial verdadera . Primero, indicamos el ¡Cuando está considerada como función definida en el plano complejo, la función exponencial conserva el ¡Es una función olomorfa que es periódica con el Ver también la fórmula de Euler. Ampliar el logaritmo natural a las discusiones complejas rinde a la función polivalente, ln ( z ). Podemos entonces definir una exponenciación más general: ¡ La función exponencial traza cualquier línea en el plano complejo a un espiral logarítmico en el plano complejo con el centro en el origen . Dos casos especiales pudieron ser observados: cuando la línea original es paralela al eje verdadero, el resultar sprial nunca se cierra adentro en sí mismo; cuando la línea original es paralela al eje imaginario, el espiral resultante es un círculo de un cierto radio. Éste es bastante directo dado la fórmula l \, e^ {x + yi} = e^xe^ {yi} = e^x (\ lechuga romana (y) + i \ pecado (y)) = e^x \ lechuga romana (y) + ie^x \ pecado (y). Observar que la discusión y a las funciones trigonométricas es verdadera. Éste es también directo dado las fórmulas: si a = x + yi y b = u + VI que podemos primero convertir a a polar coordina encontrando un l \, re^ = r \ lechuga romana \ theta + i r \ pecado \ theta = a = x + yi o l \, x = r \ lechuga romana \ theta Así, Ahora, tenemos eso: l \, a = re^ = e^ {\ registro (r) + {\ theta} i} tan: l \, a^b = (e^ {\ registro (r) + {\ theta} i}) ^ {u + VI} = e^ {(\ registro (r) + {\ theta} i) (u + VI)} El exponente es así una multiplicación simple de dos valores complejos que rinden un resultado complejo que se pueda entonces traer de nuevo a formato cartesiano regular por la fórmula: l \, e^ {p + qi} = e^p (\ lechuga romana (q) + i \ pecado (q)) = e^p \ lechuga romana (q) + ie^p \ pecado (q) donde está la parte el p real de la multiplicación: y el q es la parte imaginaria de la multiplicación: Observar que todo el También observan que puesto que computamos y utilizamos el donde está el factor el Entonces usted consigue el Observar que esta función es, generalmente el polivalente para las discusiones complejas. Esto es porque la rotación de un directo monopunto cualquier ángulo más 360 grados, o los radianes de En el contexto de las álgebra no conmutativas de Banach, tales como álgebra de matrices o de operadores en el Banach o espacios de Hilbert, la función exponencial se considera a menudo en función de una discusión verdadera: considera también: doble de la función exponencial La función exponencial del doble del del término puede tener dos significados: Factorials crece más rápidamente que funciones exponenciales, pero funciones más lentamente que doble-exponenciales. El Fermat numera generado por el Para el La función Prueba: Para todos los números enteros positivos n y el complejo a y x: .
Características
Lo más simplemente posible, las funciones exponenciales se multiplican a una tarifa constante. Por ejemplo la población de una cultura bacteriana que doble cada 20 minutos puede (aproximadamente, como esto no está realmente un problema continuo) se exprese como exponencial, al igual que el valor de un coche que disminuya por el 10% por año. Derivados y ecuaciones diferenciales
La importancia de funciones exponenciales en matemáticas y las ciencias proviene principalmente de las características de sus derivados particularmente,
La cuesta del gráfico en cualquier momento es la altura de la función en ese punto.
El coeficiente de incremento de la función en el x es igual al valor de la función en el x .
La función soluciona el
el exp es un punto fijo del derivado como funcional Definición formal
Valor numérico
Para obtener el valor numérico de la función exponencial, la serie infinita se puede reescribir como:
Exp computacional ( x ) para el verdadero x
Fracciones continuas para el x
del del e Cómputo del
y: = 1, k: = n, f: = a
el si k es 0, va al paso 7 de
el si k es incluso va al paso 5 de
cuadrado k: = la derecha del cambio del de k por 1 f: = f * f
el vuelve al paso 2 de
de vuelta y energía doble (a doble, internacional sin firmar n) { doble y = 1; doble f = a; internacional sin firmar k = n; ¡mientras que (k! = 0) { ¡si ((k y 1)! = 0) *= f de y; >>= 1 de k; *= f de f; } y de vuelta; } de y = del a^ ¡En el plano complejo
e^0 = 1 Cómputo de exp ( z ) para un complejo z
Cómputo del
Álgebra de las matrices y de Banach
La definición de la función exponencial dada arriba se puede utilizar in extenso para cada álgebra de Banach, y particularmente para las matrices cuadradas (en este caso la función se llama la matriz exponencial). En este caso nosotros tienen
derivado de
de t)
1 En álgebra de mentira
El " el mapa exponencial que envía una álgebra de mentira al grupo de mentira que le dio lugar comparte las características antedichas, que explica la terminología. De hecho, puesto que el R es la álgebra de mentira del grupo de mentira de todos los números verdaderos positivos con la multiplicación, la función exponencial ordinaria para las discusiones verdaderas es un caso especial de la situación de la álgebra de mentira. Semejantemente, desde la álgebra de mentira M ( n, R ) de todos ajustar las matrices verdaderas pertenece al grupo de mentira de todas las matrices cuadradas inversibles, la función exponencial para las matrices cuadradas es un caso especial del mapa exponencial de la álgebra de mentira. Función exponencial doble
una función con dos términos exponenciales, con diversos exponentes
un Características similares de
La función Periodicidad
Para todos los números enteros n y x complejo: Random links: Albany, Ohio | Proyecto A119 | Katha Pollitt | Saxe-Gotha | Estación del huracán de 1962 Atlántico