指數與對數函數

指數增長

假設一群細菌每小時翻一倍。一小時後是原來的兩倍,兩小時後是四倍,三小時後是八倍。增量越來越大,因為每個新數量都是一個已經更大的數量的某個百分比。這就是指數增長:按每單位時間固定的百分比(或倍數)增長,而不是固定的數量。

我們用 f(t) = a · b^t 來建模,其中 a 是初始量,b 是增長因子(b > 1),t 計量時間單位。例如每年增長 5%,就意味著 b = 1.05,於是每年數量都乘以 1.05。早期看似緩慢的階段可能掩藏著爆炸式的未來——這正是指數增長常常令人意外的原因。

了解它與線性增長的區別很有幫助:線性增長每一步加上相同的量(一條直線)。指數增長是相乘,所以它最終總會超過任何線性模式。現實中的量不可能永遠指數增長——食物、空間或金錢終會耗盡——因此這類模型只在資源實際上無限時才成立。

一個 10,000 人的城鎮每年增長 3%:P(t) = 10000 · 1.03^t。10 年後 P(10) = 10000 · 1.03^10 ≈ 13,439——增加約 34%,而不是 30%,因為增長是複利累積的。

複利累積使十年的總量超過年增長率的十倍。