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对数


对于以底数 b 的对数 log_bx,定义为取 底数 b x反函数,即 b^x。因此,对于任何 xb,

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

或等价地,

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

对于任何底数,对数函数在 x=0 处有一个奇点。在上图中,蓝色曲线是以 2 为底数的对数 (log_2x=lgx),黑色曲线是以 e底数的对数(自然对数 log_ex=lnx),红色曲线是以 10 为底数的对数(常用对数,即 log_(10)x=logx)。

请注意,虽然以 10 为底数的对数在本作品、计算器以及初等代数和微积分教科书中表示为 logx,但数学家和高等数学教材一致使用符号 logx 来表示 lnx,因此使用 log_(10)x 来表示常用对数。因此,查阅文献时需要格外小心。

情况更加复杂,因为数论学家(例如,Ivić 2003)通常使用符号 log_kx 来表示嵌套自然对数 ln...ln_()_(k)x

Wolfram 语言中,以 b 为底的对数实现为Log[b, x],而Log[x] 给出自然对数,即,Log[E, x],其中EWolfram 语言e 的符号。

虽然三角函数的幂使用诸如 sin^kx 之类的符号表示,但 log^kx 较少使用,而更常用符号 (logx)^k

对数广泛应用于科学和工程的许多领域,在这些领域中,量在很大范围内变化。例如,声音响度的分贝标度、地震震级的里氏震级和恒星亮度的天文标度都是对数标度。

log_bz 的导数和不定积分由下式给出

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

对数也可以为复数参数定义,如上所示。如果将对数作为正向函数,则将底数取给定的函数称为反对数

对于 x=logN|_x_| 称为特征x-|_x_| 称为尾数

对数的除法和乘法恒等式可以从恒等式推导出来

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

具体而言,对于 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)

有许多性质可用于从一个对数底数更改为另一个对数底数,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)

对数的一个有趣的性质来自于寻找一个数字 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)

另一个对于任意 0<c<a 成立的相关恒等式由下式给出

 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整数,其中一个整数有一个因数,而另一个整数缺乏该质因数,则 log_ab 形式的数字是无理数。A. Baker 在超越数理论中向前迈进了一大步,证明了 alphalnbeta 形式的数字之和的超越性,其中 alphabeta代数数


另请参阅

反对数, 底数, 常用对数, 余对数, e, 指数函数, 调和对数, Lg, Ln, 对数级数, 对数, 纳皮尔对数, 自然对数, 嵌套对数, 在 MathWorld 课堂中探索此主题

相关的 Wolfram 网站

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

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参考文献

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 Wolfram|Alpha 中被引用

对数

请引用为

Weisstein, Eric W. “对数。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Logarithm.html

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