JOVANA
Library Glossary Getting Started Three Levels Fields How it works Mission
Join the mission
All guides

靠相乘增長:指數函數

線性增長是加,指數增長是乘。認識函數 f(x) = a·b^x,看清為何底數 b 決定一切,並學會一眼分辨增長與衰減。

加法與乘法之別

直線每一步增加相同的*量*:從 100 出發,加 30 得 130,再加 30 得 160。變化量恆定。指數函數每一步乘以相同的*倍數*:從 100 出發,乘 1.3 得 130,再乘 1.3 得 169。變化量本身越來越大,因為你取的是一個本身正在增長的數的百分比。

我們把指數函數寫成 f(x) = a·b^x。數 a 是初始值(x = 0 時的值,因為 b^0 = 1)。數 b 是底數——x 每增加一,就乘上的那個倍數。這正是等比數列背後的規則,其中 b 扮演公比的角色;指數函數就是把那個相乘的規律變得連續。

Linear  y = 100 + 30x         Exponential  y = 100·(1.3)^x

 x | linear        x | exponential
 0 | 100           0 | 100
 1 | 130           1 | 130
 2 | 160           2 | 169
 3 | 190           3 | 219.7
 4 | 220           4 | 285.6

Linear: each step adds 30 (constant gap).
Exponential: each step multiplies by 1.3 (constant ratio).
差恆定是直線;比恆定是指數。

底數決定一切

對指數函數 f(x) = a·b^x,我們總要求 b > 0 且 b ≠ 1。若 b > 1,每步乘以 b 使值上升——這是指數增長。若 0 < b < 1,每步乘以一個小於一的數使值趨向零——這是指數衰減。底數 b = 1 被排除,因為乘以一從不改變任何東西;函數會淪為平坦的常數 a。

注意指數函數與 x^2 這類冪的區別。在中變數在上、指數固定;在指數函數中變數在[[exponent|指數]]上、底固定。這一交換就是全部差異:x^2 像拋物線那樣增長,但 2^x 終將超越它以及任何多項式,無論其次數多高。

圖像長什麼樣

每個 a > 0 的指數函數 a·b^x 都恆為正——其圖像永不觸及 x 軸。當 x 向一側遠去,曲線貼近該軸卻永不抵達(y = 0 處有水平漸近線),而向另一側則向上飛升。增長曲線從左到右上升;衰減曲線下降。y 軸截距總是 a,因為令 x = 0 得 a·b^0 = a·1 = a。

Growth: y = 2^x            Decay: y = (1/2)^x

 x | y                     x | y
-2 | 1/4 = 0.25           -2 | 4
-1 | 1/2 = 0.5            -1 | 2
 0 | 1                     0 | 1
 1 | 2                     1 | 1/2
 2 | 4                     2 | 1/4
 3 | 8                     3 | 1/8

Note: (1/2)^x = 2^(-x), so decay is just
growth read backwards — a mirror across the y-axis.
底大於 1 上升;底小於 1 是同一曲線的反射。