對數的發明有何意義?在現在有什麼重要應用?

2021-08-28 12:04:50 字數 1204 閱讀 8011

2017-10-08  湖南衡陽...

對數是由數學家約翰·納皮爾(1550-1617)發明,這個意義無論對於當時還是現在都是非常重大。在中學數學中,我們先是學習了指數,比如2^3=8。然後,我們才學習了指數的逆運算——對數,比如求出2的多少次方才會等於8,我們可以用對數來表示這個數,即log2(8),其結果就是log2(8)=3。我們用更一般的表示式來表示指數函式y=a^x,寫成對數形式x=loga(y)(這裡需要滿足a>0,且a≠1)。因此,指數和對數互為逆運算。

然而,在歷史上,對數函式其實先出現,後來才出現指數函式。這是因為對數發明的初衷並不是用於求解指數的冪,而是用於求解多個數的連乘之積。當時,隨著科學技術的發展,人們在計算過程中所用到的數字隨之越來越大。由於沒有計算器的幫助,想要算出幾個很大數字的乘積,往往需要耗費大量的時間。對數的出現大大減少了計算乘積所需的工作量,這得益於對數的獨特性質:loga(bc)=loga(b)+loga(c),loga(b)=logc(b)/logc(a),loga(b^c)=cloga(b)等等。只要通過查對數表,就能很快計算出一些較為繁瑣的運算。例如,我們想要計算567.89和3141.59的乘積。假設:

x=567.89×3141.59

兩邊同時取以10為底的對數,得到:

log10(x)=log10(567.89×3141.59)=log10(567.89)+log10(3141.59)

log10(x)=log10(10^2×5.6789)+log10(10^3×3.14159)

log10(x)=2+log10(5.6789)+3+log10(3.14159)=5+log10(5.6789)+log10(3.14159)

其中log10(5.6789)和log10(3.14159)可以在對數表中查出,把它們相加之後,再查反對數就能得到最終結果。在沒有電子計算器的時代,通過對數計算一些繁瑣的運算可以大大減輕計算量。

在對數中,最常使用以10和自然常數e(2.71828…)為底的對數,分別記作lg和ln。例如,在化學中,表示酸鹼度的ph就是用以10為底的常用對數進行定義:ph=-lg(氫離子物質的量濃度)。此外,以自然常數為底的自然對數被更加廣泛應用於科學領域,例如,火箭運動方程、生物學過程等等。

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