指数与对数函数

指数衰减

一杯热咖啡起初冷得快,越接近室温就越慢。一份放射性样本在每段固定的时间内损失相同比例的原子。这些都是指数衰减的例子:一个量按每单位时间固定的百分比(或倍数)减小。因为你总是从一个正在缩小的总量中拿走一小片,实际的减少量就越来越小。

我们用 f(t) = a · b^t 来给衰减建模,其中 a 是初始量,因子 b 严格介于 0 和 1 之间。如果某物每年损失 20%,那就还剩 80%,于是 b = 0.8,数量每年乘以 0.8。图像向下滑,越来越平地趋向零却永远到不了零——零是它的水平渐近线。

一个细微但重要的点:按固定百分比衰减永远不会在有限时间内恰好到达零,只会越来越接近。这正是为什么我们用半衰期(损失一半所需的时间)来衡量衰减的快慢,而不是用一个「清空时间」——对真正的指数衰减而言,那并不存在。

一种药物每小时清除 25%:A(t) = 100 · 0.75^t 毫克。1 小时后 75 毫克;2 小时后 56.25 毫克;3 小时后约 42.2 毫克。它趋近 0 却永不等于 0。

每小时保留剩余量的 75%,所以每一步的减少量都在缩小。