登陆注册
25333100000039

第39章 对数函数

对数的定义:一般地,如果ax=N(a>0,且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=logaN,读作以a为底N的对数,其中a叫做对数的底数,N叫做真数。一般地,函数y=logax(a>0,且a≠1)叫做对数函数,也就是说以幂为自变量,指数为因变量,底数为常量的函数,叫对数函数。其中x是自变量,函数的定义域是(0,+∞)。它实际上就是指数函数的反函数,可表示为x=ay。因此指数函数里对于a的规定,同样适用于对数函数。

基本信息

中文名:对数函数

外文名:LogarithmicFunction

别称:对函数

表达式:y=logax(a>0&a≠1)

提出者:纳皮尔

提出时间:16世纪末

应用学科:数学

适用领域范围:代数学,自然科学

函数最值:无

函数零点:x=1

函数对称轴:无

简介

正在加载对数函数

函数y=a^x(a>0,a≠1)的反函数y=loga(x)(a>0,a≠1)叫做对数函数.

对数函数的一般形式为,它实际上就是指数函数的反函数。因此指数函数里对于a的规定,同样适用于对数函数。

右图给出对于不同大小a所表示的函数图形:

可以看到对数函数的图形只不过的指数函数的图形的关于直线y=x的对称图形,因为它们互为反函数。

(1)对数函数的定义域为大于0的实数集合。

(2)对数函数的值域为全部实数集合。

(3)函数总是通过(1,0)这点。

(4)a大于1时,为单调递增函数,并且上凸;a小于1大于0时,函数为单调递减函数,并且下凹。

(5)显然对数函数无界。

历史

16世纪末至17世纪初的时候,当时在自然科学领域(特别是天文学)的发展上经常遇到大量精密而又庞大的数值计算,於是数学家们为了寻求化简的计算方法而发明了对数。

德国的史提非(1487-1567)在1544年所著的《整数算术》中,写出了两个数列,左边是等比数列(叫原数),右边是一个等差数列(叫原数的代表,或称指数,德文是Exponent,有代表之意)。

欲求左边任两数的积(商),只要先求出其代表(指数)的和(差),然后再把这个和(差)对向左边的一个原数,则此原数即为所求之积(商),可惜史提非并未作进一步探索,没有引入对数的概念。

纳皮尔对数值计算颇有研究。他所制造的「纳皮尔算筹」,化简了乘除法运算,其原理就是用加减来代替乘除法。他发明对数的动机是为寻求球面三角计算的简便方法,他依据一种非常独等的与质点运动有关的设想构造出所谓对数方法,其核心思想表现为算术数列与几何数列之间的联系。在他的《奇妙的对数表的描述》中阐明了对数原理,后人称为纳皮尔对数,记为Nap.㏒x,它与自然对数的关系为

Nap.㏒x=107㏑(107/x)

由此可知,纳皮尔对数既不是自然对数,也不是常用对数,与现今的对数有一定的距离。

瑞士的彪奇(1552-1632)也独立地发现了对数,可能比纳皮尔较早,但发表较迟(1620)。

英国的布里格斯在1624年创造了常用对数。

1619年,伦敦斯彼得所著的《新对数》使对数与自然对数更接近(以e=2.71828...为底)。

对数的发明为当时社会的发展起了重要的影响,正如科学家伽利略(1564-1642)说:「给我时间,空间和对数,我可以创造出一个宇宙」。又如十八世纪数学家拉普拉斯(1749-1827)亦提到:「对数用缩短计算的时间来使天文学家的寿命加倍」。

最早传入我国的对数著作是《比例与对数》,它是由波兰的穆尼斯(1611-1656)和我国的薛凤祚在17世纪中叶合编而成的。当时在lg2=0.3010中,2叫「真数」,0.3010叫做「假数」,真数与假数对列成表,故称对数表。后来改用「假数」为「对数」。

我国清代的数学家戴煦(1805-1860)发展了多种的求对数的捷法,著有《对数简法》(1845)、《续对数简法》(1846)等。1854年,英国的数学家艾约瑟(1825-1905)看到这些著作后,大为叹服。

当今中学数学教科书是先讲「指数」,后以反函数形式引出「对数」的概念。但在历史上,恰恰相反,对数概念不是来自指数,因为当时尚无分指数及无理指数的明确概念。布里格斯曾向纳皮尔提出用幂指数表示对数的建议。1742年,J.威廉(1675-1749)在给G.威廉的《对数表》所写的前言中作出指数可定义对数。而欧拉在他的名著《无穷小分析寻论》(1748)中明确提出对数函数是指数函数的逆函数,和现在教科书中的提法一致。

概念与知识点

定义

在实数域中,真数式子没根号那就只要求真数式大于零,如果有根号,要求真数大于零还要保证根号里的式子大于等于零(若为负数,则值为虚数),底数则要大于0且不为1。

对数函数的底数为什么要大于0且不为1?【在一个普通对数式里a<0,或=1的时候是会有相应b的值。但是,根据对数定义:

log以a为底a的对数;如果a=1或=0那么log以a为底a的对数就可以等于一切实数(比如log11也可以等于2,3,4,5,等等)】

通常我们将以10为底的对数叫常用对数(commonlogarithm),并把log10N记为lgN。另外,在科学技术中常使用以无理数e=2.71828···为底数的对数,以e为底的对数称为自然对数(naturallogarithm),并且把logeN记为InN。根据对数的定义,可以得到对数与指数间的关系:

当a>0,a≠1时,aX=N→X=logaN。(N>0)

由指数函数与对数函数的这个关系,可以得到关于对数的如下结论:

在实数范围内,负数和零没有对数

logaa=1

log以a为底a的对数为1(a为常数)恒过点(1,0)

性质

定义域求解:对数函数y=logax的定义域是{x丨x>0},但如果遇到对数型复合函数的定义域的求解,除了要注意大于0以外,还应注意底数大于0且不等于1,如求函数y=logx(2x-1)的定义域,需同时满足x>0且x≠1

和2x-1>0,得到x>1/2且x≠1,即其定义域为{x丨x>1/2且x≠1}

值域:实数集R,显然对数函数无界。

定点:函数图像恒过定点(1,0)。

单调性:a>1时,在定义域上为单调增函数;

0<a<1时,在定义域上为单调减函数。

奇偶性:非奇非偶函数

周期性:不是周期函数

对称性:无

最值:无

零点:x=1

注意:负数和0没有对数。

两句经典话:底真同对数正,底真异对数负。解释如下:

也就是说:若y=logab(其中a>0,a≠1,b>0)

当<a<1,0<b<1时,y=logab>0;

当a>1,b>1时,y=logab>0;

当0<a<1,b>1时,y=logab<0;

当a>1,0<b<1时,y=logab<0。

指数函数的求导:

e的定义:e=lim(x→∞)(1+1/x)x=2.718281828...

设a>0,

a!=1----(loga(x))'

=lim(Δx→0)((loga(x+Δx)-loga(x))/Δx)

=lim(Δx→0)(1/x*x/Δx*loga((x+Δx)/x))

=lim(Δx→0)(1/x*loga((1+Δx/x)x/Δx))

=1/x*lim(Δx→0)(loga((1+Δx/x)x/Δx))

=1/x*loga(lim(Δx→0)(1+Δx/x)x/Δx)

=1/x*loga(e)

特殊地,当a=e时,(loga(x))'=(lnx)'=1/x。

----设y=ax两边取对数lny=xlna两边对求x导y'/y=lnay'=ylna=a^xlna

特殊地,当a=e时,y'=(ax)'=(ex)'=e^lnex=ex。

运算性质

一般地,如果a(a>0,且a≠1)的b次幂等于N,那么数b叫做以a为底N的对数,记作logaN=b,其中a叫做对数的底数,N叫做真数。

底数则要>0且≠1真数>0

并且,在比较两个函数值时:

如果底数一样,真数越大,函数值越大。(a>1时)

如果底数一样,真数越小,函数值越大。(0<a<1时)

当a>0且a≠1时,M>0,N>0,那么:

(1)loga(MN)=logaM+logaN;

(2)loga(M/N)=logaM-logaN;

(3)logaMn=nlogaM(n∈R)

(4)换底公式:log(A)M=log(b)M/log(b)A(b>0且b≠1)

(5)a(log(b)n)=n(log(b)a)证明:

设a=nx则alog(b)n=(nx)log(b)n=n(x*log(b)n)=nlog(b)(n^x)=n(log(b)a)

(6)对数恒等式:alog(a)N=N;log(a)ab=b

(7)由幂的对数的运算性质可得(推导公式)

1.log(a)M^(1/n)=(1/n)log(a)M,log(a)M^(-1/n)=(-1/n)log(a)M

2.log(a)M^(m/n)=(m/n)log(a)M,log(a)M^(-m/n)=(-m/n)log(a)M

3.log(a^n)M^n=log(a)M,log(a^n)M^m=(m/n)log(a)M

4.log(以n次根号下的a为底)(以n次根号下的M为真数)=log(a)M,

log(以n次根号下的a为底)(以m次根号下的M为真数)=(n/m)log(a)M

5.log(a)b×log(b)c×log(c)a=1

表达方式

(1)常用对数:lg(b)=log10b(10为底数)

(2)自然对数:ln(b)=logeb(e为底数)

e为无限不循环小数,通常情况下只取e=2.71828对数函数的定

同类推荐
  • 诛情之冷傲男神

    诛情之冷傲男神

    一生情,一世泪,与其有情,为何不无情?世人问我为何无情,我问世人情为何物?情是罪,情是恶,情是悔,情是魔。我欲无情,谁能拦我?
  • 亡灵秘传

    亡灵秘传

    主角A:从前我默默无闻,自从天降一宝,外挂到手,在下逆袭就此展开,打脸之路风光无限。曹鑫默然,如果需要外挂才能攀登巅峰,那你和原来的废物究竟有何区别。主角B:想当年我叱咤风云,不料遭到心爱之人暗算,坠入尘埃,待我从头再来,知晓一切,灭尽天下英豪!曹鑫亦是默然,连手下忠心与否都无法知晓,究竟有何生存意义,这一世,我要让你上一世的朋友归于我之麾下,让你再尝背叛滋味!无需任何外挂,不需任何奇遇,他存在的本身,就是世界的祸害与奇迹!只要他想,就没有他做不到的!要说为什么,因为我能!
  • 陨神大陆

    陨神大陆

    天下是朕的天下,亦是天下人的天下,朕施仁政,获天下民心,成就天帝之位,是以谓朕之天下!--江山如画帝关已破,三年之后,群魔降落,天下苍生何去何从!--江山如画自古以来,天子守国门,君王死社稷!朕为天帝,只要朕一息尚存,只要天下还有大秦军队!天下皆为帝关,朕定当绝尽全力,保江山不失,护天下苍生周全!--江山如画
  • 灵渊九剑

    灵渊九剑

    太古岁月中的不速之客,百万年前的背水一战,帝殇,魂灭,执念。一个有天纵之资的少年——龙阳,如何剑指灵渊,谈笑间风云变,融苍天之念,化阴阳为眼。诸神的殇,残碎的梦,一个时代的更迭,又一个璀璨的大世到来,战乱生,斩乱神。血染江山的画,风月不见,泪落在谁的心上。角落里,你背对着我,如此,安好?
  • 御剑游仙

    御剑游仙

    一代剑圣,为追求武道至高境界,不惜逆天而行,穿越各界,演绎了一幕幕恩怨情仇,狭路争锋的成长历程。天下第一最终不过是一场虚名,剑圣之名的背后,在追逐的究竟是怎样的结果。各界之中,上古之谜,新的战场,答案正在揭晓……这里只有最炫的武功和最美的情感。
热门推荐
  • 兽血邪尸

    兽血邪尸

    当一个僵尸喝了上古神兽的血液会产生什么变化呢?来到异世界的僵尸会怎么选择自己的生活呢?风云突起的大陆,动荡的时局,那把引发所有命运的无语神剑,神级高手的最终现身,欧之大陆的入侵,分隔两世的情人是否重逢,在背叛与感情之前如何抉择,一个小人物是否改变历史,这一切,尽在本书《兽血邪尸》。
  • 穿越之异界召唤师

    穿越之异界召唤师

    这是一本穿越纯召唤流小说,主人公因为与别人打架,伤了头部,与召唤书签订契约才穿越的。看一个不懂魔法,不懂武技,凭借一身,腹黑胆量,如何在异界闯天下吧!
  • 魔物契约

    魔物契约

    许多少年都将平凡一生,他们永远不知道真正的世界是什么样子却早已老去,逝去...然而,世界上的契机没人能够说准,让我们随着这个幸运的少年,推开世界的门,认识,真实背后的真实是什么样子。
  • 候国公与葑烟公主

    候国公与葑烟公主

    一见倾身风雨路中携手想走童童说:我堂堂葑烟族公主怎可与你私奔飞扬说:不想孤独终老,便与我走吧。童童当真,天涯海角的追随。
  • 娘子我们双修吧

    娘子我们双修吧

    史上最彪悍强壮女主来袭!她只想做一个小农女,谁能够告诉她原本萌萌哒的小黑蛇为何会是妖王?为何还非要缠着她双修?人兽恋什么的不会太重口吗?妖王,鬼王,魔王,这一个个的,就没有一个正常点的人类男子吗?看一个一心想着种田发家致富小农女,如何一步步修仙成功的。
  • 介魂

    介魂

    我没了灵魂,在一次次磨砺中,我却成为了最厉害的阴阳师。
  • 神龙之城

    神龙之城

    幽暗深渊,空旷的天空上传来一声痛苦的呼喊声!龙的声音与人的声音混合在一起,奇怪的野兽声夹杂着其他野兽的哀鸣声,还有刀子入肉的嗤嗤声!
  • 未来大人物

    未来大人物

    时间追溯到2087年。这日,晴空霹雳,电闪雷鸣,一道光门闪现。洛铭身穿超级金内裤,肩披银色斗篷,对着百米高台下数万人振臂高呼:“宅男宅女的粉丝们,接下来,就是见证奇迹的时刻!”??嗒嗒嗒!时间2017年。“咦?那不是我二十五岁相亲失败的场景吗?原来是这个贱人在搞鬼!”“靠!他奶奶的,暗恋多年的女神最后竟然被这头死肥猪拱了!这个社会真是不公平啊!”“哇!我身边曾有这么多女神擦肩而过?”“哎!一不小心竟然错过了几十亿的大生意。”“我晕!怪不得我年轻的时候成长这么慢,原来一直在打副本,没做主线任务啊!”洛铭站在时空隧道的上方,老泪纵横看着从前错过的一幕幕。这一次,他决定力挽狂澜!
  • 寻凶第一季

    寻凶第一季

    无限好书尽在阅文。
  • 魔路缠情:蓝冰星魂

    魔路缠情:蓝冰星魂

    红姻痣,魔后转世的标志。让她一夜之间,从不经世事的快乐郡主变成了嗜血的魔鬼。他是银创的少皇子,报仇是他不可逃避的使命。他们至高无上,却要亲手伤害挚爱,面对残酷命运,他们该何去何从?