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靠相乘增长:指数函数

线性增长是加,指数增长是乘。认识函数 f(x) = a·b^x,看清为何底数 b 决定一切,并学会一眼分辨增长与衰减。

加法与乘法之别

直线每一步增加相同的*量*:从 100 出发,加 30 得 130,再加 30 得 160。变化量恒定。指数函数每一步乘以相同的*倍数*:从 100 出发,乘 1.3 得 130,再乘 1.3 得 169。变化量本身越来越大,因为你取的是一个本身正在增长的数的百分比。

我们把指数函数写成 f(x) = a·b^x。数 a 是初始值(x = 0 时的值,因为 b^0 = 1)。数 b 是底数——x 每增加一,就乘上的那个倍数。这正是等比数列背后的规则,其中 b 扮演公比的角色;指数函数就是把那个相乘的规律变得连续。

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).
差恒定是直线;比恒定是指数。

底数决定一切

对指数函数 f(x) = a·b^x,我们总要求 b > 0 且 b ≠ 1。若 b > 1,每步乘以 b 使值上升——这是指数增长。若 0 < b < 1,每步乘以一个小于一的数使值趋向零——这是指数衰减。底数 b = 1 被排除,因为乘以一从不改变任何东西;函数会沦为平坦的常数 a。

注意指数函数与 x^2 这类幂的区别。在中变量在上、指数固定;在指数函数中变量在[[exponent|指数]]上、底固定。这一交换就是全部差异:x^2 像抛物线那样增长,但 2^x 终将超越它以及任何多项式,无论其次数多高。

图像长什么样

每个 a > 0 的指数函数 a·b^x 都恒为正——其图像永不触及 x 轴。当 x 向一侧远去,曲线贴近该轴却永不抵达(y = 0 处有水平渐近线),而向另一侧则向上飞升。增长曲线从左到右上升;衰减曲线下降。y 轴截距总是 a,因为令 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.
底大于 1 上升;底小于 1 是同一曲线的反射。