如 果我们想要着手处理一些更刺激、更惊险的东西,就需要拿出我们的另一组利器:指数函数。指数函数能够很好地描述爆炸性增长,比如核能源或核武器的链式反 应,以及培养皿中细菌的高速繁殖。通常,大家最为熟悉的指数函数是以10为底数的指数函数10x,也就是10的x次方。注意指数函数和之前我们讨论过的幂 函数的区别:在指数函数中,我们的指数(x)是一个未知数,而底数(10)则是一个常数;而在幂函数(如x2)中,情况则恰恰相反。这个形式上的差别看起 来微不足道,但幂函数和指数函数却有着极大的区别:当x越来越大,x的指数函数最终会比x的任何幂函数增长得都快,而不管幂函数的n取多大的数字。所谓的 “指数增长”是一种人类几乎难以想象的极高速的增长方式。
正是出于这个原因,把一张纸对折7次或8次以上,成为一个几乎不可能完成的任务。 每对折一次,纸的厚度就会增加一倍,如果不断地对折一张纸,纸的厚度就会呈指数增长。同时,纸的长度每对折一次会缩小1/2,所以纸的长度在不断对折的过 程中会呈指数减小。对于一张普通的便笺纸来说,对折7次以后,纸张的厚度就会超过其长度,在这种情况下,是没有办法再次将这张纸对折的。这和折纸的人有多 大力气没有任何关系。在数学上,所谓一张纸被对折过n次,也就是说折完的纸必须在一条直线上有2n层,而当纸的厚度已经大于它的长度时,这个条件是不可能 满足的。
因为上述理由,很多年来,没有人能够把一张纸对折8次以上,直到2002年,一位名叫布兰妮?加利文的女高中生完成了这个“不可能的任务”。首先,加利文姑娘推导出了一个公式:
在这个公式中,L是纸张的长度,T是纸张的厚度,n是这张纸能被对折的最大次数。从这个公式中可以清楚地看出,这个任务之所以那么困难,就是因为有两个2n存在:其中一个2n表示每对折一次纸张的厚度就会翻倍,另一个2n则表示每对折一次纸张的长度就会减半。
根 据这个公式,加利文算出,她需要一卷特制的厕纸,这卷纸大约有3/4英里长(相当于1 207米)。2002年1月,加利文买到了能满足她的要求的厕纸,她在美国加利福尼亚州波莫纳市的一家购物中心里铺开了这卷厕纸,开始进行这项伟大的工 程。7个小时以后,在父母的帮助下,加利文把这张纸对折了12次,一举打破了世界纪录。
理论上,指数增长是你致富的希望。假设你把钱存在银 行里,每年的年利率是r,那么一年以后,你的存款会变成本金的(1+r)倍;两年以后,你的存款会变成本金的(1+r)2倍;x年以后,你的存款会变成本 金的(1+r)x倍。这就是我们所说的“复利”,即传说中“滚雪球”的魔力,这种现象的本质其实也是指数增长。