主題
Search

基底


在數學中,“基底”一詞用於指代用作構建塊的特定數學物件。最常見的用途是數字系統的相關概念,其數字用於表示數字,以及定義對數的數字系統。它也可以用於指代幾何圖形的底邊或底面。

實數 x 可以使用任何整數 b!=0 作為基底(有時也稱為基數或比例)。基底的選擇產生了稱為數字系統的數字表示形式。在基底 b 中,使用數字 0, 1, ..., |b|-1(按照慣例,對於大於 10 的基底,符號 A、B、C、... 通常用作表示十進位制數字 10、11、12、... 的符號)。

數字 x 在基底 b 中的數字(對於整數 b>1)可以使用 Wolfram 語言獲得IntegerDigits[x, b].

設數字 b 表示的數字 x 寫作

 (a_na_(n-1)...a_0.a_(-1)...)_b,
(1)

(例如,123.456_(10))。然後,例如,數字 10 在各種基底中寫成

10=1010_2
(2)
=101_3
(3)
=22_4
(4)
=20_5
(5)
=14_6
(6)
=13_7
(7)
=12_8
(8)
=11_9
(9)
=10_(10)
(10)
=A_(11),
(11)

因為,例如,

10=1·2^3+1·2^1
(12)
=1·3^2+1·3^0
(13)
=2·4^1+2·4^0,
(14)

等等。

常見的基底根據 b 的值給出特殊名稱,如下表所示。最常見的基底是二進位制十六進位制(計算機使用)以及十進位制(人們使用)。

基底數字系統
2二進位制
3三進位制
4四進位制
5五進位制
6六進位制
7七進位制
8八進位制
9九進位制
10十進位制
11十一進位制
12十二進位制
16十六進位制
20二十進位制
60六十進位制

表示數字所需的最高位數字的索引是

 n=|_log_bx_|,
(15)

其中 |_x_|向下取整函式。現在,遞迴計算連續的數字

 a_i=|_(r_i)/(b^i)_|,
(16)

其中 r_n=x 並且

 r_(i-1)=r_i-a_ib^i
(17)

對於 i=n, n-1, ..., 1, 0, .... 這給出了 bx 表示。請注意,如果 x 是一個整數,那麼 i 只需要執行到 0,並且如果 x 有小數部分,那麼展開式可能會終止,也可能不會終止。例如,0.1 的十六進位制表示(在十進位制記法中終止)是無限表示式 0.19999..._h

一些數字系統使用混合基數進行計數。示例包括瑪雅日曆和舊英國貨幣系統(其中海分幣、便士、三便士、六便士、先令、半克朗、鎊和幾尼分別對應於 1/2、1、3、6、12、30、240 和 252 個單位)。

Bergman (1957/58) 考慮了無理數基底,Knuth (1998) 考慮了超越數基底。這導致了一些相當陌生的結果,例如在“基底 pi”中將 pi 等於 1,pi=10_pi。更出乎意料的是,給定整數在無理數基底中的表示可能不是唯一的,例如

10=10100.010010101011_phi
(18)
=10100.0101_phi,
(19)

其中 phi黃金比例

也可以考慮負基底,例如負二進位制負十進位制(例如,Allouche 和 Shallit 2003)。負基底中的數字可以使用 Wolfram 語言程式碼獲得

  NegativeIntegerDigits[0, n_Integer?Negative] := {0}
  NegativeIntegerDigits[i_, n_Integer?Negative] :=
    Rest @ Reverse @ Mod[
      NestWhileList[(# - Mod[#, -n])/n& ,
        i, # != 0& ],
    -n]

對數的基底是一個數字 b,用於定義計算對數的數字系統。一般來說,數字 x 在基底 b 中的對數寫為 log_bx。符號 logx 是一個縮寫,遺憾的是,常用對數 log_(10)x(工程師和物理學家使用,並在袖珍計算器上標示)和自然對數 log_ex(數學家使用)都使用它。lnx 表示自然對數 log_ex(工程師和物理學家使用,並在袖珍計算器上標示),而 lgx 表示 log_2x。在這項工作中,使用符號 logx=log_(10)xlnx=log_ex

要在不同基底的對數之間進行轉換,可以使用公式

 log_bx=(lnx)/(lnb)
(20)

可以使用。


另請參閱

二進位制, 常用對數, 十進位制, 十進位制展開, 數字, 十二進位制, e, 指數運算, 遺傳表示, 十六進位制, Lg, Ln, 對數, 納皮爾對數, 自然對數, 負二進位制, 負十進位制, 八進位制, Phi 數字系統, 四進位制, 基數, 六十進位制, 三進位制, 二十進位制 在 課堂中探索此主題

使用 探索

參考文獻

Allouche, J.-P. and Shallit, J. "Representations in Negative Bases." §3.7 in Automatic Sequences: Theory, Applications, Generalizations. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 103-105, 2003.Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, p. 28, 1972.Bergman, G. "A Number System with an Irrational Base." Math. Mag. 31, 98-110, 1957/58.Bogomolny, A. "Base Converter." http://www.cut-the-knot.org/binary.shtml.Knuth, D. E. "Positional Number Systems." §4.1 in The Art of Computer Programming, Vol. 2: Seminumerical Algorithms, 3rd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 195-213, 1998.Lauwerier, H. Fractals: Endlessly Repeated Geometric Figures. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 6-11, 1991.

在 中被引用

基底

請引用為

Weisstein, Eric W. "Base." 來自 --一個 Wolfram 網路資源。 https://mathworld.tw/Base.html

主題分類