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對數


對於以底數 b 的對數 log_bx,定義為取 底數 b x反函式,即 b^x。因此,對於任何 xb,

 x=log_b(b^x),
(1)

或等價地,

 x=b^(log_bx).
(2)
Logarithm

對於任何底數,對數函式在 x=0 處有一個奇點。在上圖中,藍色曲線是以 2 為底數的對數 (log_2x=lgx),黑色曲線是以 e底數的對數(自然對數 log_ex=lnx),紅色曲線是以 10 為底數的對數(常用對數,即 log_(10)x=logx)。

請注意,雖然以 10 為底數的對數在本作品、計算器以及初等代數和微積分教科書中表示為 logx,但數學家和高等數學教材一致使用符號 logx 來表示 lnx,因此使用 log_(10)x 來表示常用對數。因此,查閱文獻時需要格外小心。

情況更加複雜,因為數論學家(例如,Ivić 2003)通常使用符號 log_kx 來表示巢狀自然對數 ln...ln_()_(k)x

Wolfram 語言中,以 b 為底的對數實現為Log[b, x],而Log[x] 給出自然對數,即,Log[E, x],其中EWolfram 語言e 的符號。

雖然三角函式的冪使用諸如 sin^kx 之類的符號表示,但 log^kx 較少使用,而更常用符號 (logx)^k

對數廣泛應用於科學和工程的許多領域,在這些領域中,量在很大範圍內變化。例如,聲音響度的分貝標度、地震震級的里氏震級和恆星亮度的天文標度都是對數標度。

log_bz 的導數和不定積分由下式給出

d/(dz)log_bz=1/(zlnb)
(3)
intlog_bzdz=(z(lnz-1))/(lnb)+C.
(4)
LogReImAbs
最小值 最大值
實部
虛部 Powered by webMathematica

對數也可以為複數引數定義,如上所示。如果將對數作為正向函式,則將底數取給定的函式稱為反對數

對於 x=logN|_x_| 稱為特徵x-|_x_| 稱為尾數

對數的除法和乘法恆等式可以從恆等式推匯出來

 xy=b^(log_bx)b^(log_by)=b^(log_bx+log_by).
(5)

具體而言,對於 x,y,n>0,

log_b(xy)=log_bx+log_by
(6)
log_b(x/y)=log_bx-log_by
(7)
log_bx^n=nlog_bx.
(8)

有許多性質可用於從一個對數底數更改為另一個對數底數,包括

a=a^(log_ab/log_ab)
(9)
=(a^(log_ab))^(1/log_ab)
(10)
=b^(1/log_ab)
(11)
log_ba=1/(log_ab)
(12)
log_bx=log_b(y^(log_yx))
(13)
=log_yxlog_by
(14)
log_bx=(log_nx)/(log_nb)
(15)
a^x=b^(x/log_ab)
(16)
=b^(xlog_ba).
(17)

對數的一個有趣的性質來自於尋找一個數字 y,使得

 log_b(x+y)=-log_b(x-y)
(18)
 x+y=1/(x-y)
(19)
 x^2-y^2=1
(20)
 y=sqrt(x^2-1),
(21)

因此

 log_b(x+sqrt(x^2-1))=-log_b(x-sqrt(x^2-1)).
(22)

另一個對於任意 0<c<a 成立的相關恆等式由下式給出

 log((a+sqrt(a^2-c^2))/c)=1/2log((a+sqrt(a^2-c^2))/(a-sqrt(a^2-c^2))).
(23)

如果 ab整數,其中一個整數有一個因數,而另一個整數缺乏該質因數,則 log_ab 形式的數字是無理數。A. Baker 在超越數理論中向前邁進了一大步,證明了 alphalnbeta 形式的數字之和的超越性,其中 alphabeta代數數


另請參閱

反對數, 底數, 常用對數, 餘對數, e, 指數函式, 調和對數, Lg, Ln, 對數級數, 對數, 納皮爾對數, 自然對數, 巢狀對數, 在 課堂中探索此主題

相關的 Wolfram 網站

http://functions.wolfram.com/ElementaryFunctions/Log/

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參考文獻

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). "Logarithmic Function." §4.1 in Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, pp. 67-69, 1972.Beyer, W. H. "Logarithms." CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 159-160 and 221, 1987.Conway, J. H. and Guy, R. K. "Logarithms." The Book of Numbers. New York: Springer-Verlag, pp. 248-252, 1996.Ivić, A. "On a Problem of Erdős Involving the Largest Prime Factor of n." 5 Nov 2003. http://arxiv.org/abs/math.NT/0311056.Pappas, T. "Earthquakes and Logarithms." The Joy of Mathematics. San Carlos, CA: Wide World Publ./Tetra, pp. 20-21, 1989.Spanier, J. and Oldham, K. B. "The Logarithmic Function ln(x)." Ch. 25 in An Atlas of Functions. Washington, DC: Hemisphere, pp. 225-232, 1987.

在 中被引用

對數

請引用為

Weisstein, Eric W. “對數。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Logarithm.html

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