Логарифм

Л. данного числа n называется показатель степени, в которую нужно возвести некоторое другое данное число а, называемое основанием, чтобы получить n; так что зависимость между данным числом n, основанием а и Л. х числа n выражается формулою n = a^х. Л. числа обозначается символом log, или lg, или L. Л. числа n, взятый при основании а, обозначается иногда так: lg_an, причем всегда должно удовлетворяться равенство n = alg_an. Например, из равенства 1000=10³следует 3=lg₁₀1000. Из равенства n=а^lg_aⁿвытекают свойства логарифмов, обусловливающие полезность этой функции, а именно: 1) Л. произведения равен сумме Л. производителей; 2) Л. частного равен разности Л. делимого и делителя; 3) Л. степени равен произведению показателя степени на число, возводимое в степень; 4) Л. корня равен Л. подкоренной величины, разделенному на показатель корня. Эти свойства выражаются формулами:

lg(uv) = lgu + lgv;

lg(u/v) = lgu — lgv;

lg(u^m) = mlgu;

lg^m√u = lgu/m.

Обладая такими свойствами, Л. дают возможность свести: умножение на сложение, деление на вычитание, возведение в степень на умножение и извлечение корня на деление, что и выясняет огромное практическое значение Л. для всех, кто имеет дело со сложными арифметическими вычислениями. При нашей десятичной системе исчисления самым удобным основанием оказывается число 10; имеется и множество таблиц, в которых даются Л. последовательных чисел начиная от 1 до 100000. При основании, равном 10, только Л. целых степеней десяти суть целые числа, Л. же простых чисел представляются десятичными дробями, например lg30=1,4771213. Целая часть такой дроби наз. характеристикою, а дробная — мантиссою. Характеристика определяется прямо по числу цифр целой части числа, именно, она равна числу таких цифр без единицы. Например, для числа 354,25, имеющего три цифры в целой части, характеристика будет 2. Благодаря такому легкому способу определения характеристики в таблицах дается лишь одна мантисса. Для большего упрощения вычислений самое вычитание Л. заменяется обыкновенно сложением, для чего вводят вместо вычитаемого Л. дополнение этого Л. Дополнением называется разность между Л. и числом 10. Если характеристика данного Л. более 10, то характеристика дополнения будет отрицательная, что и обозначается знаком -, который ставится над нею; например, дополнение от 12,3542351 будет . Вычесть из одного Л. другой Л. все равно, что придать к первому Л. дополнение второго и из результата вычесть 10. Для уяснения пользы, приносимой Л. при вычислениях, возьмем два примера. 1) Определим конечный результат арифметических действий, выражаемых формулой x=(53126·32135)/(25677·62353). Производя эти действия обыкновенными приемами, мы должны были бы исписать довольно много бумаги; с помощью Л. задача решается тем, что подыскиваются в таблице Л. чисел, стоящих в числителе, и Л. чисел, стоящих в знаменателе, из последних в уме определяются их дополнения, и все это складывается следующим образом:

Ближайший к нему Л. в таблицах имеет мантиссу 0278794, и ему соотвтствует в таблице число 10663; соответствующее число должно иметь одну цифру в целой части; если возьмет 1,0668, то это число выразит собою искомое число с точностью 0,0001. 2) Найдем . Обыкновенная алгебра даже не дает никаких других приемов для вычисления такого радикала кроме логарифмирования, посредством которого задача решается тем, что отыскивается в таблице lg3=0,4771213; делением этого Л. на 5 получается 0,0954242, ближайший к этому логарифм в таблицах находим: 0,0954135, которому соответствует в таблице число 1,2457; это и будет с точностью 0,0001. Логарифмы были изобретены шотландским геометром Непером (Napier), который в 1614 году напечатал "Mirifici logarithmorum canonis descriptio", посвященное им принцу Валлийскому (впоследствии король Карл I). Это сочинение in 4° представляет 56 страниц текста и 90 страниц таблиц; оканчивается оно словами: "собирая плоды этого небольшого произведения, воздайте должную славу и благодарность Богу высшему создателю и расточителю всех благ". Непер принял за основание своих таблиц особое несоизмеримое число, имеющее чрезвычайно важное значение в анализе и обозначаемое обыкновенно через е. Такой выбор основания поясняется следующими соображениями. Пусть α есть весьма малая величина, а — основание какой-либо системы; тогда члены арифметической прогрессии: 0, α, 2α, 3α... представят собою Л. членов геометрической прогрессии: 1, а^α, а^2α, а^3α..., в которой знаменатель отношения а^α, благодаря малости а, весьма мало отличается от 1. Назовем через β ту малую величину, на которую а^αотличается от 1, так что a^α=1+β; положим α/β=M. Тогда арифметическая прогрессия примет вид: 0, Mβ, 2Mβ, 3Mβ..., геометрическая же обратится в (1+β)⁰, (1+β)¹, (1+β)²... Количество β совершенно произвольно: известно только, что оно очень мало; множитель же M зависит от того, какое мы избрали основание. Самое простое положить M=1. Основание, при котором М=1, и выбрано было Непером для его таблиц. Определим его величину: при М=1 упомянутая арифметическая прогрессия обращается в: 0, β, 2β, 3β..., геометрическая есть (1+β)⁰, (1+β)¹, (1+β)²...; основание есть то число, которого Л. равен единице; положим, что (m+1)^ыйчлен арифметической прогрессии равен 1, то есть что mβ=1, тогда соответствующий член (1+β)^mгеометрической прогрессии и будет основанием, при котором М=1. Подставим в этот член вместо β его величину из mβ=1, получим [1+(1/m)]^m. Эта величина и будет основанием неперовых Л., так что, разлагая до бинома Ньютона, получим

e = (1+m/1)^m= 1 + m(1/m) + [m(m-1)/1.2]1/m²+... или

e = (1+1/m)^m= 1 + 1 + (1-1/m)/1.2 + [(1-m/1)(1-2/m)]/1.2.3 +... ;

так как β весьма мало, то m весьма велико, и дроби, содержащие m в знаменателе, по малой их величине можно отбросить; таким образом получим:

e = 1+1+(1/1.2)+(1/1.2.3)+(1/1.2.3.4)+...=2,71828....

Неперовы Л. называются иногда гиперболическими или натуральными; натуральными потому, что проще всего было предположить М=1; гиперболическими потому, что если в равносторонней гиперболе, отнесенной к асимптотам, принять абсциссу вершины за единицу, то площадь, заключенная между гиперболою, осью абсцисс, ординатою вершины и ординатою, соответствующею абсциссе x, равна lgx в неперовой системе. Величина е имеет особенно важное значение в анализе благодаря существованию ряда:

e^x= 1+x+(x²/1.2)+(x³/1.2.3)+(x⁴/1.2.3.4)+...;

благодаря способности разлагаться в такой ряд показательная функция e^хслужит переходом от алгебраических функций к тригонометрическим, потому что из сравнения этого ряда с разложениями cosx и sinx следуют формулы:

; .

Зная Л. числа m при данном основании а, можно определить Л. х числа m и при всяком другом основании b, потому что из равенства m=е следует lgm=xlg_ab, откуда: х=lg_bm=(lg_am)/(lg_ab); из этой формулы видно, что, имея Л. числа m при основании а, следует только помножить его на 1/(lg_ab), чтобы получить Л. числа m при основании b. Множитель, служащий для перехода от одной системы к другой, называется модулем. Модуль, на который следует множить неперовы Л. для получения Л. при основании 10, равен 0,4349448. Л. удовлетворяют, между прочим, следующим замечательным рядам: lg(1+x)=(x — x²/2 + x³/3 + x⁴/4 +... )M, где M есть модуль для перехода от неперовых Л.; lg(n+1)-lgn = 2M[1/(2n+1) + 1/3(2n+1)³+ 1/5(2n+1)⁵+... ]. Посредством последнего, весьма быстро сходящегося ряда обыкновенно и вычисляются Л. следующим образом: зная, что lg100=2, подставим в наш ряд 100 вместо n; получим lg101 — 2 = M(1/201 + 1/3.201³+ 1/5.201⁵+... ); последующие члены ряда, стоящего в скобках, уже настолько малы, что ими можно пренебречь и простым вычислением получить lg101=2,0043214; зная lg101, получим lg102 и так далее. Понятие о Л. обобщается распространением логарифмирования и на мнимые функции; при этом получаются формулы: lg(a+bi) = lg[r(cosφ+isinφ)] = lgr + (2nπ+φ)i, где i=√(-1), r=√(a²+b²), cosφ=a/[√(a²+b²)], sinφ=b/[√(a²+b²)]

Кроме Л. чисел, в таблицах обыкновенно помещаются Л. тригонометрических величин (см. Тригонометрические таблицы). Первые таблицы, в которых за основание было принято число 10, были напечатаны другом Непера Бриггом в 1624 г. под заглавием "Arithmetica logarithmica". В таблице Бригга были даны Л. чисел, начиная с 1 до 20000 и от 90000 до 100000, с 14 знаками в мантиссе. Голландский математик Влакк (Adrien Vlacq) пополнил пробел бригговских таблиц и напечатал в 1628 г. таблицы, содержащие Л. всех чисел от 1 до 100000, с десятью знаками в мантиссе. Из последующих изданий наиболее известны таблицы Гардинера, Баббаджа и Тейлора. В настоящее время употребляются чаще всего при вычислениях таблицы Каллета (до 106000), карманные таблицы Лаланда с пятью знаками и таблицы Бремикера семизначные, представляющие обработку таблиц Веги "Thesaurus logarithmorum completus" (1794). Существуют и весьма распространены у нас русские табл. Бремикера, напечатанные стереотипно.

Гауссовы Л. Для определения Л. суммы и разности двух чисел по Л. этих чисел Гаусс изобрел особые таблицы. Лучшие издания Гауссовых Л. представляют издания Витштейна, Матиссена и Цеха.

Н. Делоне.

числа N по основанию а, показатель степени m, в которую следует возвести число а (основание Л.), чтобы получить N; обозначается log_aN. Итак, m = log_aN, если а^м = N. Например, log₁₀ 100 = 2; log₂ ¹/₃₂ = - 5; log_a 1 = 0, т. к. 100 = 10², ¹/₃₂ = 2^-5, 1 = a⁰. При отрицательных а бесконечно много положительных чисел не имело бы действительных логарифмов, поэтому берётся а > 0 и а ≠ 1. Из свойств логарифмической функции (См. Логарифмическая функция) вытекает, что каждому положительному числу соответствует при данном основании единств. действительный Л. (логарифмы отрицательных чисел являются комплексными числами). Основные свойства Л.:

log_a(MN) = log_aM + log_aN;

log_aM/N = log_aM - log_aN;

log_aN^k = k log_aN;

log_alog_aN

позволяют сводить умножение и деление чисел к сложению и вычитанию их Л., а возведение в степень и извлечение корня — к умножению и делению Л. на показатель степени или корня, т. е. к более простым действиям.

Когда основание а фиксировано, говорят об определённой системе Л. В соответствии с десятичным характером нашего счёта наиболее употребительны десятичные Л. (а = 10), обозначаемые lg N. Для рациональных чисел, отличных от 10^k с целым k, десятичные Л. суть трансцендентные числа (См. Трансцендентное число), которые приближённо выражают в десятичных дробях. Целую часть десятичного Л. наз. характеристикой, дробную — мантиссой. Так как lg(10^kN) = k + lgN, то десятичные Л. чисел, отличающихся множителем 10^k, имеют одинаковые мантиссы и различаются лишь характеристиками. Это свойство лежит в основе построения таблиц Л., которые содержат лишь мантиссы Л. целых чисел (см. Логарифмические таблицы).

Большое значение имеют также натуральные Л., основанием которых служит трансцендентное число e = 2,71828...; их обозначают lnN. Переход от одного основания Л. к другому совершается по формуле log_bN = log_aN/log_ab, множитель 1/log_ab называется модулем перехода (перевода) от основания а к основанию b. Для перехода от натуральных Л. к десятичным или обратно имеем

lnN = IgN/lge, lgN = InN/ln10;

1/lge = 2,30258; 1/ln10 = 0,43429....

Историческая справка. Открытие Л. было связано в первую очередь с быстрым развитием астрономии в 16 в., уточнением астрономических наблюдений и усложнением астрономических выкладок. Авторы первых таблиц Л. исходили из зависимости между свойствами геометрической прогрессии и составленной из показателей степени её членов арифметической прогрессии. Эти зависимости, частично подмеченные ещё Архимедом (3 в. до н. э.), были хорошо известны Н. Шюке (1484) и немецкому математику М. Штифелю (1544). Первые логарифмические таблицы были составлены одновременно и независимо друг от друга Дж. Непером (1614, 1619) и швейцарским математиком И. Бюрги (1620). Важный шаг в теоретическом изучении Л. сделал бельгийский математик Григорий из Сен-Винцента (1647), обнаруживший связь Л. и площадей, ограниченных дугой гиперболы, осью абсцисс и соответствующими ординатами. Представление Л. бесконечным степенным рядом дано Н. Меркатором (1668), нашедшим, что

In(1+x) = x

Вскоре затем Дж. Грегори (1668) открыл разложение

ln

Этот ряд очень быстро сходится, если М = N + 1 и N достаточно велико; поэтому он может быть использован для вычисления Л. В развитии теории Л. большое значение имели работы Л. Эйлера. Им установлено понятие о логарифмировании как действии, обратном возведению в степень.

Термин «Л.» предложил Дж. Непер; он возник из сочетания греческих слов logos (здесь — отношение) и arithmos (число); в античной математике квадрат, куб и т. д. отношения а/b называются «двойным», «тройным» и т. д. отношением. Т. о., для Непера слова «lógu arithmós» означали «число (кратность) отношения», то есть Л. у Дж. Непера — вспомогательное число для измерения отношения двух чисел. Термин «натуральный логарифм» принадлежит Н. Меркатору, «характеристика» — английскому математику Г. Бригсу, «мантисса» в нашем смысле — Л. Эйлеру, «основание» Л. — ему же, понятие о модуле перехода ввёл Н. Меркатор. Современное определение Л. впервые дано английским математиком В. Гардинером (1742). Знак Л. — результат сокращения слова «Л.» — встречается в различных видах почти одновременно с появлением первых таблиц [напр., Log — у И. Кеплера (1624) и Г. Бригса (1631), log и 1. — Б. Кавальери (1632, 1643)].

Лит.: Маркушевич А. И., Площади и логарифмы, М. — Л., 1952; История математики, т. 2, М., 1970.

1. логари́фм;
2. логари́фмы;
3. логари́фма;
4. логари́фмов;
5. логари́фму;
6. логари́фмам;
7. логари́фм;
8. логари́фмы;
9. логари́фмом;
10. логари́фмами;
11. логари́фме;
12. логари́фмах.

муж., мат. Если под рядом чисел геометрической прогрессии (лествицы) выставить ряд отвечающих им чисел арифметической прогрессии, то каждое из последних будет логарифмом дружки своей, в первом порядке; сим способом умножение обращают в сложение, деление в вычитанье, что и облегчает выкладки. Логарифмический, к логарифмам относящийся. Логарифмика жен. кривая линия, в коей ординаты отвечают логарифмам абсцисс; логистика.

ЛОГАРИ́ФМ, -а, муж. В математике: показатель степени, в к-рую надо возвести число, называемое основанием, чтобы получить данное число. Таблица логарифмов.

| прил. логарифмический, -ая, -ое. Логарифмическая линейка (счётный инструмент).

-а, м. мат.

Показатель степени, в которую надо возвести число, называемое основанием, чтобы получить данное число.

Таблица логарифмов.

[От греч. λόγος — отношение и ’αρηθμός — число]

ЛОГАРИ́ФМ, логарифма, муж. (от греч. logos - слово и arithmos - число) (мат.). Показатель степени, в которую надо возвести число, называемое основанием, чтобы получить данное число.

м.

Показатель степени, в которую нужно возвести число, называемое основанием, чтобы получить данное число (в математике).

ЛОГАРИФМ данного числа N при основании а - показатель степени у, в которую нужно возвести число а, чтобы получить N; таким образом, N = ay. Логарифмом обозначается обычно logaN. Логарифм с основанием е ? 2,718... называется натуральным и обозначается lnN. Логарифм с основанием 10 называется десятичным и обозначается lgN. Равенство у ? logax определяет логарифмическую функцию. Основные свойства логарифма позволяют заменить умножение, деление, возведение в степень и извлечение корня более простыми действиями сложения, вычитания, умножения и деления. Логарифмы открыты шотландским математиком Дж. Непером и швейцарским математиком Й. Бюрги в нач. 17 в. Термин "логарифм" возник из сочетания греческих слов logos - отношение, соотношение и arithmos - число.

ЛОГАРИФМ (от греческого logos - отношение и arithmos - число) числа N по основанию a (O

логари́фм начиная с Петра I; см. Смирнов 180. Вероятно, из франц. logarithme "логарифм" от лат. logarithmus (слово создано шотландским математиком Джоном Нэпиром в 1614 г.; см. Шульц–Баслер 2, 38) из греч. λόγος и ἀριθμός, первонач. "относительное число".

муж.;
мат. logarithm;
мн. artificial numbers десятичный логарифм ≈ common logarithm таблица логарифмов ≈ tables of logarithmsм. мат. logarithm;
таблица ~ов table of logarithms;
~ировать несов. find the logarithm;
~ический мат. logarithmic;
~ическая линейка slide-rule;
~ическое уравнение logarithmic equation.

log, logarithm

m.logarithm

м мат.

Logarithmus m sg неизм., pl -men

логарифм м мат. Logarithmus m, sg неизм., pl -men

м. мат.

logarithme m

таблица логарифмов — table f des logarithmes

м. мат.

logaritmo m

табли́цы логари́фмов — tablas de logaritmos

м.

logaritmo

ЛОГАРИФМ, вспомогательный прием (формула) для произведения вычислений, выведенный в 1614 г. Джоном НЕПЕРОМ и разработанный впоследствии английским математиком Генри Бриггсом (1561-1631). Логарифмом числа ( ) является показатель степени (х), в которую надо возвести основание (b), чтобы оно равнялось п, то есть: b^x=n. Логарифм по основанию b записывается следующим образом: log_bn=х. Наиболее часто используемые основания - 10 и так называемое число е (2,71828...), основание натурального логарифма. Логарифм по основанию 2 используется в КОМПЬЮТЕРНОЙ технике и теории информации. С основным понятием соотносится понятие антилогарифма: может называться антилогарифмом х по основанию b. Таким образом 100 - это антилогарифм 2 по основанию 10.

число, применение которого позволяет упростить многие сложные операции арифметики. Использование в вычислениях вместо чисел их логарифмов позволяет заменить умножение более простой операцией сложения, деление - вычитанием, возведение в степень - умножением и извлечение корней - делением. Общее описание. Логарифмом данного числа называется показатель степени, в которую нужно возвести другое число, называемое основанием логарифма, чтобы получить данное число. Например, логарифм числа 100 по основанию 10 равен 2. Иначе говоря, 10 нужно возвести в квадрат, чтобы получить число 100 (102 = 100). Если n - заданное число, b - основание и l - логарифм, то bl = n. Число n также называется антилогарифмом по основанию b числа l. Например, антилогарифм 2 по основанию 10 равен 100. Сказанное можно записать в виде соотношений logb n = l и antilogb l = n. Основные свойства логарифмов:

Любое положительное число, кроме единицы, может служить основанием логарифмов, но, к сожалению, оказывается, что если b и n - рациональные числа, то в редких случаях найдется такое рациональное число l, что bl = n. Однако можно определить иррациональное число l, например, такое, что 10l = 2; это иррациональное число l можно с любой требуемой точностью приблизить рациональными числами. Оказывается, что в приведенном примере l примерно равно 0,3010, и это приближенное значение логарифма по основанию 10 числа 2 можно найти в четырехзначных таблицах десятичных логарифмов. Логарифмы по основанию 10 (или десятичные логарифмы) столь часто используются при вычислениях, что их называют обычными логарифмами и записывают в виде log2 = 0,3010 или lg2 = 0,3010, опуская явное указание основания логарифма. Логарифмы по основанию e, трансцендентному числу, приближенно равному 2,71828, называются натуральными логарифмами. Они встречаются преимущественно в работах по математическому анализу и его приложениям к различным наукам. Натуральные логарифмы также записывают, не указывая явно основание, но используя специальное обозначение ln: например, ln2 = 0,6931, т.к. e0,6931 = 2.

См. также ЧИСЛО e. Пользование таблицами обычных логарифмов. Обычный логарифм числа - это показатель степени, в которую нужно возвести 10, чтобы получить данное число. Так как 100 = 1, 101 = 10 и 102 = 100, мы сразу получаем, что log1 = 0, log10 = 1, log100 = 2 и т.д. для возрастающих целых степеней 10. Аналогично, 10-1 = 0,1, 10-2 = 0,01 и, следовательно, log0,1 = -1, log0,01 = -2 и т.д. для всех целых отрицательных степеней 10. Обычные логарифмы остальных чисел заключены между логарифмами ближайших к ним целых степеней числа 10; log2 должен быть заключен между 0 и 1, log20 - между 1 и 2, а log0,2 - между -1 и 0. Таким образом, логарифм состоит из двух частей, целого числа и десятичной дроби, заключенной между 0 и 1. Целочисленная часть называется характеристикой логарифма и определяется по самому числу, дробная часть называется мантиссой и может быть найдена из таблиц. Кроме того, log20 = log(2ґ10) = log2 + log10 = (log2) + 1. Логарифм числа 2 равен 0,3010, поэтому log20 = 0,3010 + 1 = 1,3010. Аналогично, log0,2 = log(2е10) = log2 - log10 = (log2) - 1 = 0,3010 - 1. Выполнив вычитание, мы получим log0,2 = - 0,6990. Однако удобнее представить log0,2 в виде 0,3010 - 1 или как 9,3010 - 10; можно сформулировать и общее правило: все числа, получающиеся из данного числа умножением на степень числа 10, имеют одинаковые мантиссы, равные мантиссе заданного числа. В большинстве таблиц приведены мантиссы чисел, лежащих в интервале от 1 до 10, поскольку мантиссы всех остальных чисел могут быть получены из приведенных в таблице. В большинстве таблиц логарифмы даются с четырьмя или пятью десятичными знаками, хотя существуют семизначные таблицы и таблицы с еще большим числом знаков. Научиться пользоваться такими таблицами легче всего на примерах. Чтобы найти log3,59, прежде всего заметим, что число 3,59 заключено между 100 и 101, поэтому его характеристика равна 0. Находим в таблице число 35 (слева) и движемся по строке до столбца, у которого сверху стоит число 9; на пересечении этого столбца и строки 35 стоит число 5551, поэтому log3,59 = 0,5551. Чтобы найти мантиссу числа с четырьмя значащими цифрами, необходимо прибегнуть к интерполяции. В некоторых таблицах интерполирование облегчается пропорциональными частями, приведенными в последних девяти столбцах в правой части каждой страницы таблиц. Найдем теперь log736,4; число 736,4 лежит между 102 и 103, поэтому характеристика его логарифма равна 2. В таблице находим строку, слева от которой стоит 73 и столбец 6. На пересечении этой строки и этого столбца стоит число 8669. Среди линейных частей находим столбец 4. На пересечении строки 73 и столбца 4 стоит число 2. Прибавив 2 к 8669, получим мантиссу - она равна 8671. Таким образом, log736,4 = 2,8671.

Натуральные логарифмы. Таблицы и свойства натуральных логарифмов аналогичны таблицам и свойствам обычных логарифмов. Основное различие между теми и другими состоит в том, что целочисленная часть натурального логарифма не имеет существенного значения при определении положения десятичной запятой, и поэтому различие между мантиссой и характеристикой не играет особой роли. Натуральные логарифмы чисел 5,432; 54,32 и 543,2 равны, соответственно, 1,6923; 3,9949 и 6,2975. Взаимосвязь между этими логарифмами станет очевидной, если рассмотреть разности между ними: log543,2 - log54,32 = 6,2975 - 3,9949 = 2,3026; последнее число есть не что иное, как натуральный логарифм числа 10 (пишется так: ln10); log543,2 - log5,432 = 4,6052; последнее число равно 2ln10. Но 543,2 = 10*54,32 = 102*5,432. Таким образом, по натуральному логарифму данного числа a можно найти натуральные логарифмы чисел, равные произведениям числа a на любые степени n числа 10, если к lna прибавлять ln10, умноженный на n, т.е. ln(a*10n) = lna + nln10 = lna + 2,3026n. Например, ln0,005432 = ln(5,432*10-3) = ln5,432 - 3ln10 = 1,6923 - (3*2,3026) = - 5,2155. Поэтому таблицы натуральных логарифмов, как и таблицы обычных логарифмов, обычно содержат только логарифмы чисел от 1 до 10. В системе натуральных логарифмов можно говорить об антилогарифмах, но чаще говорят об экспоненциальной функции или об экспоненте. Если x = lny, то y = ex, и y называется экспонентой от x (для удобства типографского набора часто пишут y = exp x). Экспонента играет роль антилогарифма числа x. С помощью таблиц десятичных и натуральных логарифмов можно составить таблицы логарифмов по любому основанию, отличному от 10 и e. Если logb a = x, то bx = a, и, следовательно, logc bx = logc a или xlogc b = logc a, или x = logc a/logc b = logb a. Следовательно, с помощью этой формулы обращения из таблицы логарифмов по основанию c можно построить таблицы логарифмов по любому другому основанию b. Множитель 1/logc b называется модулем перехода от основания c к основанию b. Ничто не мешает, например, пользуясь формулой обращения, или перехода от одной системы логарифмов к другой, найти натуральные логарифмы по таблице обычных логарифмов или совершить обратный переход. Например, log105,432 = loge 5,432/loge 10 = 1,6923/2,3026 = 1,6923ґ0,4343 = 0,7350. Число 0,4343, на которое нужно умножить натуральный логарифм данного числа, чтобы получить обычный логарифм, является модулем перехода к системе обычных логарифмов.

Специальные таблицы. Первоначально логарифмы были изобретены для того, чтобы, пользуясь их свойствами logab = loga + logb и loga/b = loga - logb, превращать произведения в суммы, а частные в разности. Иначе говоря, если loga и logb известны, то с помощью сложения и вычитания мы легко можем найти логарифм произведения и частного. В астрономии, однако, часто по заданным значениям loga и logb требуется найти log(a + b) или log(a - b). Разумеется, можно было бы сначала по таблицам логарифмов найти a и b, затем выполнить указанное сложение или вычитание и, снова обратившись к таблицам, найти требуемые логарифмы, но такая процедура потребовала бы трехкратного обращения к таблицам. З.Леонелли в 1802 опубликовал таблицы т. н. гауссовых логарифмов - логарифмов сложения сумм и разностей - позволявшие ограничиться одним обращением к таблицам. В 1624 И. Кеплером были предложены таблицы пропорциональных логарифмов, т.е. логарифмов чисел a/x, где a - некоторая положительная постоянная величина. Эти таблицы используются преимущественно астрономами и навигаторами. Пропорциональные логарифмы при a = 1 называются кологарифмами и применяются в вычислениях, когда приходится иметь дело с произведениями и частными. Кологарифм числа n равен логарифму обратного числа; т.е. cologn = log1/n = - logn. Если log2 = 0,3010, то colog2 = - 0,3010 = 0,6990 - 1. Преимущество использования кологарифмов состоит в том, что при вычислении значения логарифма выражений вида pq/r тройная сумма положительных десятичных долей logp + logq + cologr находится легче, чем смешанная сумма и разность logp + logq - logr.

История. Принцип, лежащий в основе любой системы логарифмов, известен очень давно и может быть прослежен в глубь истории вплоть до древневавилонской математики (около 2000 до н. э.). В те времена интерполяция между табличными значениями целых положительных степеней целых чисел использовалась для вычисления сложных процентов. Гораздо позже Архимед (287-212 до н.э.) воспользовался степенями числа 108 для нахождения верхнего предела числа песчинок, необходимого для того, чтобы целиком заполнить известную в те времена Вселенную. Архимед обратил внимание на свойство показателей степеней, лежащее в основе эффективности логарифмов: произведение степеней соответствует сумме показателей степеней. В конце Средних веков и начале Нового времени математики все чаще стали обращаться к соотношению между геометрической и арифметической прогрессиями. М. Штифель в своем сочинении Арифметика целых чисел (1544) привел таблицу положительных и отрицательных степеней числа 2:

Штифель заметил, что сумма двух чисел в первой строке (строке показателей степени) равна показателю степени двойки, отвечающему произведению двух соответствующих чисел в нижней строке (строке степеней). В связи с этой таблицей Штифель сформулировал четыре правила, эквивалентных четырем современным правилам операций над показателями степеней или четырем правилам действий над логарифмами: сумма в верхней строке соответствует произведению в нижней строке; вычитание в верхней строке соответствует делению в нижней строке; умножение в верхней строке соответствует возведению в степень в нижней строке; деление в верхней строке соответствует извлечению корня в нижней строке. По-видимому, правила, аналогичные правилам Штифеля, привели Дж. Непера к формальному введению первой системы логарифмов в сочинении Описание удивительной таблицы логарифмов, опубликованном в 1614. Но мысли Непера были заняты проблемой превращения произведений в суммы еще с тех пор, как более чем за десять лет до выхода своего сочинения Непер получил из Дании известие о том, что в обсерватории Тихо Браге его ассистенты располагают методом, позволяющим превращать произведения в суммы. Метод, о котором говорилось в полученном Непером сообщении, был основан на использовании тригонометрических формул типа

поэтому таблицы Непера состояли главным образом из логарифмов тригонометрических функций. Хотя понятие основания не входило в явном виде в предложенное Непером определение, роль, эквивалентную основанию системы логарифмов, в его системе играло число (1 - 10-7)ґ107, приближенно равное 1/e. Независимо от Непера и почти одновременно с ним система логарифмов, довольно близкая по типу, была изобретена и опубликована Й.Бюрги в Праге, издавшем в 1620 Таблицы арифметической и геометрической прогрессий. Это были таблицы антилогарифмов по основанию (1 + 10-4)*10 4, достаточно хорошему приближению числа e. В системе Непера логарифм числа 107 был принят за нуль, и по мере уменьшения чисел логарифмы возрастали. Когда Г. Бриггс (1561-1631) навестил Непера, оба согласились, что было бы удобнее использовать в качестве основания число 10 и считать логарифм единицы равным нулю. Тогда с увеличением чисел их логарифмы возрастали бы. Таким образом мы получили современную систему десятичных логарифмов, таблицу которых Бриггс опубликовал в своем сочинении Логарифмическая арифметика (1620). Логарифмы по основанию e, хотя и не совсем те, которые были введены Непером, часто называют неперовыми. Термины "характеристика" и "мантисса" были предложены Бриггсом. Первые логарифмы в силу исторических причин использовали приближения к числам 1/e и e. Несколько позднее идею натуральных логарифмов стали связывать с изучением площадей под гиперболой xy = 1 (рис. 1). В 17 в. было показано, что площадь, ограниченная этой кривой, осью x и ординатами x = 1 и x = a (на рис. 1 эта область покрыта более жирными и редкими точками) возрастает в арифметической прогрессии, когда a возрастает в геометрической прогрессии. Именно такая зависимость возникает в правилах действий над экспонентами и логарифмами. Это дало основание называть неперовы логарифмы "гиперболическими логарифмами".

Рис. 1. ГРАФИК ВЕТВИ ГИПЕРБОЛЫ xy = 4. Площади под гиперболой на отрезках от x =1 до x = 2, от x = 2 до x = 4 и от x = 4 до x = 8 равны; общая площадь заштрихованной фигуры возрастает в арифметической прогрессии (1, 2, 3, 4), тогда как длина отрезков на оси x возрастает в геометрической прогрессии (1, 2, 4, 8).

Логарифмическая функция. Было время, когда логарифмы рассматривались исключительно как средство вычислений, однако в 18 в., главным образом благодаря трудам Эйлера, сформировалась концепция логарифмической функции. График такой функции y = lnx, ординаты которого возрастают в арифметической прогрессии, тогда как абсциссы - в геометрической, представлен на рис. 2,а. График обратной, или показательной (экспоненциальной), функции y = ex, ординаты которого возрастают в геометрической прогрессии, а абсциссы - в арифметической, представлен, соответственно, на рис. 2,б. (Кривые y = logx и y = 10x по форме аналогичны кривым y = lnx и y = ex.) Были предложены также альтернативные определения логарифмической функции, например,

Рис. 2,а. ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ И ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ КРИВЫЕ. а - Логарифмическая кривая y = lnx. Ординаты возрастают в арифметической прогрессии, абсциссы - в геометрической прогрессии.

Рис. 2,б. ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ И ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ КРИВЫЕ. б - Экспоненциальная кривая y = ex. Ординаты возрастают в геометрической прогрессии, абсциссы - в арифметической прогрессии.

Благодаря работам Эйлера стали известны соотношения между логарифмами и тригонометрическими функциями в комплексной плоскости. Исходя из тождества eix = cos x + i sin x (где угол x измеряется в радианах, ), Эйлер заключил, что каждое отличное от нуля действительное число имеет бесконечно много натуральных логарифмов; все они являются комплексными в случае отрицательных чисел и все, кроме одного, - в случае положительных чисел. Поскольку eix = 1 не только при x = 0, но и при x = ± 2kp, где k - любое положительное целое число, за натуральный логарифм числа 1 можно принять любое из чисел 0 ± 2kpi; и, аналогично, натуральные логарифмы числа -1 являются комплексными числами вида (2k + 1)pi, где k - целое число. Аналогичные утверждения справедливы и относительно общих логарифмов или других систем логарифмов. Кроме того, определение логарифмов можно обобщить, пользуясь тождествами Эйлера так, чтобы оно включало комплексные логарифмы комплексных чисел. Альтернативное определение логарифмической функции дает функциональный анализ. Если f (x) - непрерывная функция действительного числа x, обладающая следующими тремя свойствами: f (1) = 0, f (b) = 1, f (uv) = f (u) + f (v), то f (x) определяется как логарифм числа x по основанию b. Это определение обладает рядом преимуществ перед определением, приведенным в начале этой статьи.

Приложения. Логарифмы первоначально использовались исключительно для упрощения вычислений, и это их приложение до сих пор остается одним из самых главных. Вычисление произведений, частных, степеней и корней облегчается не только благодаря широкой доступности опубликованных таблиц логарифмов, но и благодаря использованию т.н. логарифмической линейки - вычислительного инструмента, принцип работы которого основан на свойствах логарифмов. Линейка снабжена логарифмическими шкалами, т.е. расстояние от числа 1 до любого числа x выбрано равным log x; сдвигая одну шкалу относительно другой, можно откладывать суммы или разности логарифмов, что дает возможность считывать непосредственно со шкалы произведения или частные соответствующих чисел. Воспользоваться преимуществами представления чисел в логарифмическом виде позволяет и т.н. логарифмическая бумага для построения графиков (бумага с нанесенными на нее по обеим осям координат логарифмическими шкалами). Если функция удовлетворяет степенному закону вида y = kxn, то ее логарифмический график имеет вид прямой, т.к. log y = log k + n log x - уравнение, линейное относительно log y и log x. Наоборот, если логарифмический график какой-нибудь функциональной зависимости имеет вид прямой, то эта зависимость - степенная. Полулогарифмическая бумага (у которой ось ординат имеет логарифмическую шкалу, а ось абсцисс - равномерную шкалу) удобна в тех случаях, когда требуется идентифицировать экспоненциальные функции. Уравнения вида y = kbrx возникают всякий раз, когда некая величина, такая как численность населения, количество радиоактивного материала или банковский баланс, убывает или возрастает со скоростью, пропорциональной имеющемуся в данный момент количеству жителей, радиоактивного вещества или денег. Если такую зависимость нанести на полулогарифмическую бумагу, то график будет иметь вид прямой. Логарифмическая функция возникает в связи с самыми разными природными формами. По логарифмическим спиралям выстраиваются цветки в соцветиях подсолнечника, закручиваются раковины моллюска Nautilus, рога горного барана и клювы попугаев. Все эти природные формы могут служить примерами кривой, известной под названием логарифмической спирали, потому что в полярной системе координат ее уравнение имеет вид r = aebq, или lnr = lna + bq. Такую кривую описывает движущаяся точка, расстояние от полюса которой растет в геометрической прогрессии, а угол, описываемый ее радиусом-вектором - в арифметической. Повсеместность такой кривой, а следовательно и логарифмической функции, хорошо иллюстрируется тем, что она возникает в столь далеких и совершенно различных областях, как контур кулачка-эксцентрика и траектория некоторых насекомых, летящих на свет.

ЛОГАРИ́ФМ -а; м. [от греч. logos - отношение и arithmos - число] Матем. Показатель степени, в которую надо возвести число, называемое основанием, чтобы получить данное число. Таблица логарифмов. Л. числа 25.

◁ Логарифми́ческий, -ая, -ое. Матем. Л-ая таблица. Л-ие вычисления.

◊ Логарифми́ческая линейка. Инструмент для выполнения разнообразных несложных вычислений; счётная линейка.

* * *

данного числа N при основании a, показатель степени y, в которую нужно возвести число a, чтобы получить N; таким образом N = a^y. Логарифм обозначается обычно log_a N. Логарифм с основанием e = 2,718... называется натуральным и обозначается ln N. Логарифм с основанием 10 называется десятичным и обозначается lg N. Равенство y = log_a x определяет логарифмическую функцию. Основные свойства логарифма позволяют заменить умножение, деление, возведение в степень и извлечение корня более простыми действиями сложения, вычитания, умножения и деления. Логарифмы открыты шотландским математиком Дж. Непером и швейцарским математиком Й. Бюрги (J. Bürgi) в начале XVII в. Термин «Логарифм» возник из сочетания греческих слов lógos — отношение, соотношение и arithmós — число.

* * *

ЛОГАРИ́ФМ данного числа N при основании а, показатель степени у, в которую нужно возвести число а, чтобы получить N; таким образом, N = a^y. Логарифмом обозначается обычно log_aN. Логарифм с основанием е = 2,718... называется натуральным и обозначается lnN. Логарифм с основанием 10 называется десятичным и обозначается lgN. Равенство у = log_ax определяет логарифмическую функцию. Основные свойства логарифма позволяют заменить умножение, деление, возведение в степень и извлечение корня более простыми действиями сложения, вычитания, умножения и деления. Логарифмы открыты шотландским математиком Дж. Непером и швейцарским математиком Й. Бюрги в нач. 17 в. Термин «логарифм» возник из сочетания греческих слов logos — отношение, соотношение и arithmos — число.

числа Nпо основанию а - показатель степени т, в к-рую следует возвести число "(основание Л.), чтобы получить N;обозначается log_aN, т. е. m=log_aN, если a^m=N. Каждому положительному числу соответствует при данном основании единственный действительный Л. (Л. отрицательных чисел являются комплексными числами). Основные свойства Л.:

позволяют сводить умножение и деление чисел к сложению и вычитанию их Л., а возведение в степень и извлечение корня - к умножению и делению Л. на показатель степени или корня.

В соответствии с десятичным характером счета наиболее употребительны десятичные Л. (а=10), обозначаемые lg N. Для рациональных чисел, отличных от 10^k с целым k, десятичные Л. суть трансцендентные числа, к-рые приближенно выражают в конечных десятичных дробях. Целую часть десятичного Л. наз. характеристикой, дробную - мантиссой. Так как то десятичные Л. чисел, отличающихся множителем 10*, имеют одинаковые мантиссы и различаются лишь характеристиками. Это свойство лежит в основе построения таблиц Л., к-рые содержат лишь мантиссы Л. целых чисел.

Большое значение имеют также натуральные Л., основанием к-рых служит трансцендентное число e=2,71828...; их обозначают ln N. Переход от одного основания Л. к другому совершается по формуле множитель 1/log_a bназ. модулем перехода (перевода) от основания ак основанию b. Формулы перехода от натуральных Л. к десятичным или обратно:,

См. также Логарифмическая функция.

По материалам одноименной статьи из БСЭ-3.

[от греч. logos - слово, здесь - (соотношение и arithmos число] числа N по основанию а - показатель степени т, в к-рую следует возвести а, чтобы получить N; обозначается log_аN. Т. о., т = log_aN, если а^т = N (предполагается, что а > 0, а не равно 1). Осн. св-ва Л.

позволяют сводить умножение, деление и возведение в степень (извлечение корня) к сложению, вычитанию их Л. и умножению (делению) Л. на показатель степени (корня), т. е. к более простым действиям. При вычислениях наиболее употребительны десятичные Л. (а = 10), обозначаемые lgN. Существуют разнообразные таблицы десятичных Л. (наиболее употребительны 4- и 5-значные). В теоретич. вопросах большое значение имеют натуральные Л., основанием к-рых служит число е = 2,718 28..., их обозначают lnN.

log, logarithm

* * *

logarithm

находи́ть логари́фм числа́ — take the logarithm of a number

переходи́ть к логари́фмам — pass to logarithms …

логари́фм при основа́нии логари́фм — logarithm to (the) base

логари́фм числа́ N по основа́нию a — the logarithm of the number N to (the) base a

га́уссовы логари́фмы — addition logarithms and subtraction logarithms

гиперболи́ческий логари́фм — hyperbolic [natural, Napierian] logarithm

двои́чный логари́фм — binary logarithm

двойно́й логари́фм — log-log

десяти́чный логари́фм — [lg] decimal logarithm, log₁₀, log

интегра́льный логари́фм — integral logarithm

натура́льный логари́фм — [ln] natural [hyperbolic, Napierian] logarithm, log_e, ln

не́перов логари́фм — Napierian [natural, hyperbolic] logarithm

обращё́нный логари́фм — inverse logarithm, antilogarithm of a number

повто́рный логари́фм — iterated logarithm, log-log

м.

logaritmo m

- гауссов логарифм

- повторный логарифм

матем.

логари́фм

- гиперболический логарифм

- обыкновенный логарифм

матем.

логари́фм

- гиперболический логарифм

- обыкновенный логарифм

матем. логари́фм

данного числа N при основании а, показатель степени у, в к-pyio нужно возвести число а, чтобы получить N; т. о. N = а^у. Л. обозначается обычно log_а N. Л. с основанием е = 2,718... наз. натуральным и обозначается lnN. Л. с основанием 10 наз. десятичным и обозначается lg N. Равенство у= log_a x определяет логарифмич. функцию. Осн. свойства Л. позволяют заменить умножение, деление, возведение в степень и извлечение корня более простыми действиями сложения, вычитания, умножения и деления. Л. открыты шотл. математиком Дж. Непером и швейц. математиком И. Бюрги в нач. 17 в. Термин "Л." возник из сочетания греч. слов logos - отношение, соотношение и arithmоs - число.