4.2 对数与对数函数
4.2.1 对数
对数的概念
在 指数函数 y=ax(a>0,且a=1) 中,
对于 x 在实数集 R 内的每一个值,y 在正实数集内都有唯一确定的值和它对应;
反之,对于 y 在实数集内的每一个确定的值 N , x 在 R
内都有唯一确定的值 b 和它对应。
ab=N(a>0,且a=1,N>0) 上式称为幂指数 b 是以 a 为底的 对数。
常用符号 log (拉丁文 logarithm
的缩写)表示对数。
以 a 为底 N 的对数 b ,记作:
b=logaN(a>0,且a=1) 上式中 log 右下角的数 a 叫做 底数,
N 叫做 真数,b 是以 a 为底 N 的 对数。
实质上,对数式 不过是 指数式 的另一种表达形式而已。
例如,34=81 与 4=log381 表达的是同一关系。
对数恒等式
因为 ab=N ,根据对数的定义 b=logaN ,
于是得到下面的对数恒等式:
alogaN=N 例如:
2log232=3210log10100=100 对数的性质
根据对数的定义,在 a>0 且 a=1 时,对数具有以下性质:
- logaa=1 ,即底的对数等于 1;
- loga1=0 ,即 1 的对数为 0;
- 0 和负数没有对数;
常用对数
底是 10 的对数叫做 常用对数。
为了简便,通常把底 10 略去不写,并把“ log ”写成“ lg ”,
即把 log10N 记作 lgN 。
例如,100 的常用对数可以记为:lg100
4.2.2 积、商、幂的对数运算法则
正因数的积的对数等于各因数对数的和
loga(MN)=logaM+logaN 因为同底数的幂相乘,不论有多少因数,都是把指数相加,
所以这个运算法则可推广到若干个正因数的积:
loga(N1N2⋯Nk)=logaN1+logaN2+⋯+logaNk 两个正数商的对数等于被除数的对数减去除数的对数
logaNM=logaM−logaN 正数幂的对数等于幂的指数乘幂的对数
logaMb=blogaM 4.2.3 换底公式与自然对数
换底公式
logbN=logablogaN 换底公式的解释
利用 常用对数 ,可以求得任意一个正数的以 10 为底的对数。
现在举例说明,如何根据对数的性质,由以 10 为底的对数,求以其他正数
a(a=1) 为底的对数。
求 log35 (精确到 0.001):
- 设 log35=x ,写成指数形式得 3x=5
- 两边取常用对数得 lg3x=lg5 ,即 xlg3=lg5
- 所以
x=lg3lg5≈0.47710.6990≈1.465 计算过程中的近似数的精确度一般比结果要求的多取一位小数。
- 即 log35≈1.465
换底公式的证明
设 logbN=x 则 bx=N 。
两边取以 a(a>0,且a=1) 为底的对数,得:
∵∴∴xlogaNxlogbN=logaN=logablogaN=logablogaN 自然对数
在科学技术中,常常使用以无理数
(自然常数)
e=2.71828⋯ 为底的对数。
以 e 为底的对数叫做 自然对数。
自然常数e这个数,怎么就自然了?_哔哩哔哩_bilibili
logeN通常记作:lnN 自然对数与常用对数的关系
根据对数的换底公式,可得自然对数与常用对数的关系:
lnNlnN=lgelgN≈0.4343lgN≈2.3026lgN 实际上,用计算器可直接求自然对数。
例如,求 ln34 (精确到 0.0001),可用计算器计算:
按键 MODEMODEMODE 14
按键 | 显示 |
---|
ln 34 = | 3.5264 |
所以, ln34≈3.5264
4.2.4 对数函数
y=logax(a>0,a=1,x>0) 上式叫做 对数函数。
分析对数函数图像
做出 y=log2xy=log21x 的函数图像:
首先做 x,y 值的对应值表。
这个表简便的做法是把 4.1.3 节的两个指数函数
y=2xy=(21)x 的数值表里 x 和 y 的数值对换,就可得到下面的两个数值表,
并在同一坐标系里,用描点发画出图像:
从这两个函数的的对应值表和图像可看到,
y=log2x 在区间 (0,−∞) 上是增函数,
而 y=log21x 在 (0,+∞) 上是减函数。
这两个函数定义域相同,并且它们的图像都通过点 (1,0) 。
对数函数的性质
对数函数 y=logax(a>0,a=1) 具有下列性质:
- 定义域是正实数集。值域是 R。
- 当 x=1 时, y=0 ,即函数的图像都通过点 (1,0) 。
- 在其定义域内,当 a>1 是增函数,当 0<a<1 是减函数。