泊松分布神奇的常数e

2020年1月2日21:06:24泊松分布神奇的常数e已关闭评论

37%,这个数字对大多数人来说很陌生,或许只有数学家才会知道,这个数字正是1/e的值。e是自然对数底,是个无限不循环小数,数值为2.718 2…。提起数学中的常数,大多数人会首先想到π,其实,自然对数底e也是数学世界中十分重要的常数。

如果你每天走在路上,被鸟粪砸中的概率刚好是1/365,你一年里一次都没被砸中的概率是多少?

如果你是一个守株待兔的猎人,每天有兔子撞到树上的概率是1/1 000,3年里你一只兔子都没逮到的概率是多少?

如果飞机失事的概率是百万分之一,你坐一百万次飞机还没遇到事故的概率是多少?

这些问题的答案全部都是37%。

清华园里有很多鸟儿,平日里走在林荫路上,真的可能被鸟粪砸中,我很幸运,大学四年一次都没被砸中,反而是我的一个外校同学,第一次来清华游玩就被鸟粪砸个正着。这就是让人无法预测的小概率事件,这些事件的确发生过,未来也有可能再次发生,可是谁也不知道它什么时候发生,它像幽灵一般神秘莫测。

下面我们就通过一个复利的小故事告诉你e的由来。

有一天,一个生意人急着用钱,便向一个财主借钱。财主见生意人十分着急,便趁机抬高利息,他开出的条件是,生意人每借1两银子,就要在一年后还2两银子,利率高达100%!正在生意人犹豫不决之时,财主又有了一个主意,他想,如果改成半年的利率50%,还是借一年,那么,半年后可以得到1.5两银子,一年后就可以得到2.25两银子,这样赚得更多!他赶紧收回了此前的条件,改成了半年还钱的新条件。可是,话刚说完,他就又后悔了。既然半年还钱比一年还钱赚得更多,那为何不改为每月还钱、每周还钱、每天还钱呢?于是财主赶紧回屋拿起笔来算一算。

半年还一次,利率50%,还钱总数是(1+0.5)2=2.25(两);

每月还一次,利率1/12,还钱总数是(1+1/12)12=2.613 0(两);

每周还一次,利率1/52,还钱总数是(1+1/52)52=2.692 6(两);

每天还一次,利率1/365,还钱总数是(1+1/365)365=2.714 6(两)。

计算结果让财主十分失望,还钱总数并没有预想的那么多。到这里读者一定看出来了,如果我们把每天再拆成每一小时、每一分钟、每一秒钟,还钱总数会增长的更加缓慢,最终会越来越接近神奇的自然对数底e。从数学的角度来看,当x趋于无穷大时,(1+1/x)x的极限值正是e。

1/e的值是0.367 9…,近似为37%,它与小概率事件之间的神秘关系源于“小概率事件定律”。小概率事件定律,是指一个十分罕见的随机事件,几乎只发生过一次,并且今后能否再次发生难以预测,那么这个事件不再发生的概率是1/e。被鸟粪砸中、兔子撞树、飞机失事都满足上述条件,因此这些事件不再发生的概率都是37%。

小概率事件定律听起来有些玄妙,其实背后也是有数学原理的,这就是泊松分布。

 

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