学习笔记
学习书目:《x的奇幻之旅》–史蒂夫•斯托加茨


一张纸对折8次



把一张纸对折7次或8次以上,成为一个几乎不可能完成的任务。每对折一次,纸的厚度就会增加一倍,如果不断地对折一张纸,纸的厚度就会呈指数增长。同时,纸的长度每对折一次会缩小1/2,所以纸的长度在不断对折的过程中会呈指数减小。对于一张普通的便笺纸来说,对折7次以后,纸张的厚度就会超过其长度,在这种情况下,是没有办法再次将这张纸对折的。这和折纸的人有多大力气没有任何关系。

在数学上,所谓一张纸被对折过n次,也就是说折完的纸必须在一条直线上有2n层,而当纸的厚度已经大于它的长度时,这个条件是不可能满足的。

因为上述理由,很多年来,没有人能够把一张纸对折8次以上,直到2002年,一位名叫布兰妮·加利文的女高中生完成了这个"不可能的任务"。

首先,加利文给出了一个公式:
小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_复利

在这个公式中,L是纸张的长度,T是纸张的厚度,n是这张纸能被对折的最大次数。从这个公式中可以清楚地看出,这个任务之所以那么困难,就是因为有两个小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_指数_02存在:其中一个小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_指数_02表示每对折一次纸张的厚度就会翻倍,另一个小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_指数_02则表示每对折一次纸张的长度就会减半。

根据这个公式,加利文算出,她需要一卷特制的厕纸,这卷纸大约有1207米长。2002年1月,加利文买到了能满足她的要求的厕纸,她在美国加利福尼亚州波莫纳市的一家购物中心里铺开了这卷厕纸,开始进行这项伟大的工程。7个小时以后,在父母的帮助下,加利文把这张纸对折了12次,一举打破了世界纪录。



指数增长与复利



理论上,指数增长是我们致富的希望。

假设我们把钱存入银行,我的本金为B,存款的年利率为r,那么1年后,我将我得到的利息小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_数学_05再存入银行,我的存款就会变为小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_数据_06,以此类推,n年后,我的存款会变为小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_数据_07

这就是我们所说的复利,即传说中"滚雪球"的魔力,这种现象的本质其实也是指数增长。



对数



那么,为什么我们需要对数呢?

很多时候,我们需要一些反向的工具,用于消除某种其他工具产生的效果。每一个数学家都需要指数函数和对数函数。是的,对数函数是指数函数的逆运算,比如,小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_复利_08

我们都知道,小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_指数_09,可以观察到,当小白的奇幻数学课堂(part3)--你能把一张纸对折7次以上吗_复利_10后面括号里的数字以乘法增长,每次增长10倍时,它们的对数却以加法增长,每次增加1.

当我们听音乐的时候,我们的大脑其实是用对数的方法来识别音阶的。音的频率do、re、mi、fa、sol、la、ti、do听起来像是一步一步、一阶一阶地增长的,但其实这些音的震动频率是以乘法的方式成倍增长的。

在很多领域,对数使得计数变得更加简洁明了。当需要衡量的数量大的极大、小的极小,横跨的范围很宽的时候,对数的引入能起到压缩作用,压缩后的数据更直观易懂。比如,在日常对话中,我们会说某人的年薪是6位数,意思是某人的年薪在100000~999 999人民币之间。这种说法其实也用到了对数的概念。