第一次接触圆周率 ,应该是在我 9 岁或者 10 岁的时候。那一天,我应邀参观父亲朋友的一家工厂。厂房中堆满了各种工具和机器,弥漫着浓重的汽油味。我对这些冷冰冰的家伙毫无兴致,感到百无聊赖。主人似乎敏锐地察觉到了这一点,便把我领到一台有几个调速轮的大机器旁边,然后告诉我,不管轮子多大多小,它们的周长与直径之间的比值总是固定的约为 371。我一下对这个诡异的数充满了好奇,再听他说任何人都无法精确地得到这个比值而只能近似求解时,更是觉得不可思议。这个数非常重要,因此人们专门用一个符号希腊字母 来表示它。我不禁问自己,为什么像圆这么简单的形状会跟这么怪异的数有关联呢?那时的我当然不知道这个怪异的数已经困扰了科学家们近 4000 年,与它相关的某些问题甚至到现在都未曾得到解决。 几年后,我升入高二学习代数,另一个奇怪的数勾起了我的兴趣。那时,对数是代数课程中至关重要的一部分。在那个还不知计算器为何物的年代,对于学习高等数学的人来说,对数表是不可或缺的。要完成几百道练习题,还无时无刻不提醒自己别查漏一行或查错一列,真是无聊之至。我们使用的对数称为常用对数,它们以 10 为底,说它们常用倒也非常自然。不过书中竟然还附了一页自然对数表。我问老师,还有什么数比 10 作为对数的底更自然呢?老师告诉我,还有一个用字母 e 表示的数,其值约为 2.718 28,它是高等数学的基石。为何是这个奇怪的数呢?在高三学习微积分的时候,我才找到了答案。这也就意味着圆周率 还有一位同门兄弟,而且它们的值非常接近,所以人们对它们之间的比较在所难免。后来,又经过了几年的大学学习,我才搞明白这两兄弟之间的关系确实很密切,而且它们的关系因为另一个符号i 的存在而显得更加扑朔迷离。这里的 i 就是著名的虚数单位,即 -1 的平方根。至此,这部数学剧的所有主角已悉数登场。圆周率的故事早已广为流传,一来是因为它的历史可以追溯到远古时代,二来则是由于人们无需太高深的数学知识就可以很好地理解它。或许至今还没有任何一本书比彼得贝克曼的《 的历史》(A History of )更通俗易懂、恰到好处。常数 e 的知名度则要逊色很多,这不仅是因为它的出现更晚,更因为它与微积分紧密相关(一般认为微积分是通往高等数学的大门)。据我所知,目前还没有哪本有关 e 的历史的书能够与贝克曼的书相媲美,希望本书能够填补这一缺憾。我希望略具数学知识的读者都能读懂本书所讲述的 e 的故事。在本书中,我会尽量减少纯数学内容,并将一些证明和推导过程放在附录中。此外,我还会讲述一些有趣的历史事件,并简要介绍许多在 e 的发展史上发挥过重要作用的人物,其中有些人在教科书中很少提及。最重要的是,我还想与大家分享从物理、生物到艺术、音乐等多个领域中与指数函数 y = ex 有关的各种有意思的现象,这些现象远远超出了数学的范畴。本书的风格与传统微积分教科书多有不同。比如,为了证明函数 y = ex的导数与其自身相等,大多数教科书都是首先通过复杂的推导得到公式dln x dx = 1 x,然后利用反函数的求导法则得到想要的结果。我一直认为 推导过程没必要这么复杂,因为可以直接推导出 dex dx = ex(而且速度也要快得多)。具体做法是,首先证明指数函数 y = bx 的导数与 bx 成正比,然后寻找合适的 b 值使得比例常数为 1(推导过程见附录 4)。对于高等数学中常见的表达式 cos x i sin x,我将其简写为 cis x(读作ciss x),希望这种简洁的写法将来能被人们广泛采用。关于圆函数和双曲函数的类比关系研究,最漂亮的一个结果是 1750 年左右文森佐黎卡提发现的:从几何上将这两个函数中的独立变量解释为面积,可以使这两个函数在形式上的相关性更为直观。教科书中很少提及这一点,本书将在第 12 章和附录 7 中讨论。