• Kolmogorov A.N.، Abramov A.M.، Dudnitsyn Yu.P. وغيرها الجبر وبدايات التحليل: كتاب مدرسي للصفوف 10 - 11 من مؤسسات التعليم العام.
• جوسيف ف.أ.، موردكوفيتش أ.ج. الرياضيات (دليل للملتحقين بالمدارس الفنية).

نواصل دراسة اللوغاريتمات. في هذا المقال سنتحدث عنه حساب اللوغاريتمات، وتسمى هذه العملية اللوغاريتم. أولاً سوف نفهم حساب اللوغاريتمات حسب التعريف. بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على كيفية العثور على قيم اللوغاريتمات باستخدام خصائصها. بعد ذلك سنركز على حساب اللوغاريتمات من خلال القيم المحددة في البداية للوغاريتمات الأخرى. وأخيرًا، دعونا نتعلم كيفية استخدام جداول اللوغاريتمات. يتم تزويد النظرية بأكملها بأمثلة مع حلول مفصلة.

التنقل في الصفحة.

حساب اللوغاريتمات حسب التعريف

في أبسط الحالات، من الممكن تنفيذ الأمر بسرعة وسهولة إيجاد اللوغاريتم حسب التعريف. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية حدوث هذه العملية.

جوهرها هو تمثيل الرقم ب في النموذج ج، والذي، من خلال تعريف اللوغاريتم، الرقم ج هو قيمة اللوغاريتم. وهذا يعني، حسب التعريف، أن سلسلة المساواة التالية تتوافق مع إيجاد اللوغاريتم: log a b=log a a c =c.

لذا، فإن حساب اللوغاريتم حسب التعريف يتلخص في العثور على رقم c بحيث يكون a c = b، والرقم c نفسه هو القيمة المطلوبة للوغاريتم.

مع الأخذ في الاعتبار المعلومات الواردة في الفقرات السابقة، عندما يتم إعطاء الرقم الموجود أسفل علامة اللوغاريتم بواسطة قوة معينة لقاعدة اللوغاريتم، يمكنك الإشارة على الفور إلى ما يساويه اللوغاريتم - فهو يساوي الأس. دعونا نعرض الحلول بالأمثلة.

مثال.

ابحث عن السجل 2 2 −3 واحسب أيضًا اللوغاريتم الطبيعي للرقم e 5,3.

حل.

يتيح لنا تعريف اللوغاريتم أن نقول على الفور أن السجل 2 2 −3 =−3. في الواقع، الرقم الموجود تحت علامة اللوغاريتم يساوي الأساس 2 أس −3.

وبالمثل نجد اللوغاريتم الثاني: lne 5.3 =5.3.

إجابة:

سجل 2 2 −3 =−3 و lne 5,3 =5,3.

إذا لم يتم تحديد الرقم b تحت علامة اللوغاريتم كقوة لقاعدة اللوغاريتم، فأنت بحاجة إلى النظر بعناية لمعرفة ما إذا كان من الممكن التوصل إلى تمثيل للرقم b في النموذج a c . غالبًا ما يكون هذا التمثيل واضحًا تمامًا، خاصة عندما يكون الرقم الموجود تحت علامة اللوغاريتم مساويًا للأساس أس 1، أو 2، أو 3، ...

مثال.

احسب اللوغاريتمات log 5 25 و .

حل.

من السهل أن ترى أن 25=5 2، وهذا يسمح لك بحساب اللوغاريتم الأول: log 5 25=log 5 5 2 =2.

دعنا ننتقل إلى حساب اللوغاريتم الثاني. يمكن تمثيل الرقم كقوة 7: (انظر إذا لزم الأمر). لذلك، .

لنعد كتابة اللوغاريتم الثالث بالشكل التالي. الآن يمكنك أن ترى ذلك ، ومنه نستنتج ذلك . لذلك، من خلال تعريف اللوغاريتم .

باختصار يمكن كتابة الحل كالتالي: .

إجابة:

سجل 5 25=2 , و .

عندما يكون هناك عدد طبيعي كبير بما فيه الكفاية تحت علامة اللوغاريتم، فلن يضر تحليله إلى عوامل أولية. غالبًا ما يساعد على تمثيل هذا الرقم كقوة لقاعدة اللوغاريتم، وبالتالي حساب هذا اللوغاريتم حسب التعريف.

مثال.

أوجد قيمة اللوغاريتم.

حل.

تسمح لك بعض خصائص اللوغاريتمات بتحديد قيمة اللوغاريتمات على الفور. تتضمن هذه الخصائص خاصية لوغاريتم واحد وخاصية لوغاريتم رقم يساوي الأساس: log 1 1=log a a 0 =0 وlog a=log a 1 =1. أي أنه عندما يكون هناك رقم 1 أو رقم يساوي أساس اللوغاريتم تحت علامة اللوغاريتم، فإن اللوغاريتمات في هذه الحالات تساوي 0 و1 على التوالي.

مثال.

ما هي اللوغاريتمات وlog10 يساوي؟

حل.

منذ ذلك الحين يتبع من تعريف اللوغاريتم .

في المثال الثاني، يتطابق الرقم 10 تحت علامة اللوغاريتم مع قاعدته، وبالتالي فإن اللوغاريتم العشري للعشرة يساوي واحدًا، أي lg10=lg10 1 =1.

إجابة:

و إل جي10=1 .

لاحظ أن حساب اللوغاريتمات حسب التعريف (الذي ناقشناه في الفقرة السابقة) يعني استخدام سجل المساواة a a p =p، وهو أحد خصائص اللوغاريتمات.

من الناحية العملية، عندما يتم تمثيل رقم تحت علامة اللوغاريتم وقاعدة اللوغاريتم بسهولة كقوة لرقم معين، فمن الملائم جدًا استخدام الصيغة وهو ما يتوافق مع إحدى خصائص اللوغاريتمات. دعونا نلقي نظرة على مثال لإيجاد لوغاريتم يوضح استخدام هذه الصيغة.

مثال.

احسب اللوغاريتم.

حل.

إجابة:

.

تُستخدم أيضًا خصائص اللوغاريتمات غير المذكورة أعلاه في العمليات الحسابية، لكننا سنتحدث عن ذلك في الفقرات التالية.

إيجاد اللوغاريتمات من خلال اللوغاريتمات المعروفة الأخرى

تستمر المعلومات الواردة في هذه الفقرة في موضوع استخدام خصائص اللوغاريتمات عند حسابها. لكن الاختلاف الرئيسي هنا هو أن خصائص اللوغاريتمات تُستخدم للتعبير عن اللوغاريتم الأصلي بدلالة لوغاريتم آخر تكون قيمته معروفة. دعونا نعطي مثالا للتوضيح. لنفترض أننا نعرف ذلك log 2 3≈1.584963، ثم يمكننا إيجاد، على سبيل المثال، log 2 6 عن طريق إجراء تحويل بسيط باستخدام خصائص اللوغاريتم: سجل 2 6=سجل 2 (2 3)=سجل 2 2+سجل 2 3≈ 1+1,584963=2,584963 .

في المثال أعلاه، كان يكفينا استخدام خاصية لوغاريتم المنتج. ومع ذلك، في كثير من الأحيان يكون من الضروري استخدام ترسانة أوسع من خصائص اللوغاريتمات لحساب اللوغاريتم الأصلي من خلال تلك المحددة.

مثال.

احسب لوغاريتم 27 للأساس 60 إذا كنت تعلم أن log 60 2=a وlog 60 5=b.

حل.

لذلك نحن بحاجة إلى العثور على سجل 60 27 . من السهل أن نرى أن 27 = 3 3 ، واللوغاريتم الأصلي، بسبب خاصية لوغاريتم الأس، يمكن إعادة كتابته بالشكل 3·log 60 3 .

الآن دعونا نرى كيفية التعبير عن السجل 60 3 بدلالة اللوغاريتمات المعروفة. خاصية لوغاريتم الرقم الذي يساوي الأساس تسمح لنا بكتابة سجل المساواة 60 60=1. ومن ناحية أخرى، سجل 60 60=log60(2 2 3 5)= سجل 60 2 2 +سجل 60 3+سجل 60 5= 2·سجل 60 2+سجل 60 3+سجل 60 5 . هكذا، 2 سجل 60 2+سجل 60 3+سجل 60 5=1. لذلك، سجل 60 3=1−2·سجل 60 2−سجل 60 5=1−2·أ−ب.

أخيرًا، نحسب اللوغاريتم الأصلي: log 60 27=3 log 60 3= 3·(1−2·a−b)=3−6·a−3·b.

إجابة:

سجل 60 27=3·(1−2·a−b)=3−6·a−3·b.

بشكل منفصل، تجدر الإشارة إلى معنى صيغة الانتقال إلى قاعدة لوغاريتم النموذج الجديدة . يتيح لك الانتقال من اللوغاريتمات ذات الأساس إلى اللوغاريتمات ذات الأساس المحدد والتي تكون قيمها معروفة أو من الممكن العثور عليها. عادة، من اللوغاريتم الأصلي، باستخدام صيغة الانتقال، ينتقلون إلى اللوغاريتمات في إحدى القواعد 2 أو e أو 10، حيث توجد لهذه القواعد جداول لوغاريتمية تسمح بحساب قيمها بدرجة معينة من دقة. وفي الفقرة التالية سوف نبين كيف يتم ذلك.

الجداول اللوغاريتمية واستخداماتها

يمكن استخدام الحساب التقريبي لقيم اللوغاريتم جداول اللوغاريتم. جدول اللوغاريتم الأساسي 2 الأكثر استخدامًا، وجدول اللوغاريتم الطبيعي، وجدول اللوغاريتم العشري. عند العمل في نظام الأرقام العشرية، من المناسب استخدام جدول اللوغاريتمات على أساس العشرة. بمساعدتها سوف نتعلم كيفية العثور على قيم اللوغاريتمات.

يتيح لك الجدول المعروض العثور على قيم اللوغاريتمات العشرية للأرقام من 1000 إلى 9999 (مع ثلاث منازل عشرية) بدقة تصل إلى جزء من عشرة آلاف. سنقوم بتحليل مبدأ إيجاد قيمة اللوغاريتم باستخدام جدول اللوغاريتمات العشرية باستخدام مثال محدد - الأمر أكثر وضوحًا بهذه الطريقة. لنجد log1.256.

في العمود الأيسر من جدول اللوغاريتمات العشرية نجد أول رقمين من الرقم 1.256، أي نجد 1.2 (هذا الرقم محاط بدائرة باللون الأزرق من أجل الوضوح). تم العثور على الرقم الثالث من الرقم 1.256 (الرقم 5) في السطر الأول أو الأخير على يسار الخط المزدوج (هذا الرقم محاط بدائرة باللون الأحمر). الرقم الرابع من الرقم الأصلي 1.256 (الرقم 6) موجود في السطر الأول أو الأخير على يمين الخط المزدوج (هذا الرقم محاط بدائرة بخط أخضر). الآن نجد الأرقام في خلايا جدول اللوغاريتم عند تقاطع الصف المحدد والأعمدة المحددة (يتم تمييز هذه الأرقام باللون البرتقالي). مجموع الأرقام المحددة يعطي القيمة المطلوبة للوغاريتم العشري بدقة حتى المنزلة العشرية الرابعة، أي، سجل1.236≈0.0969+0.0021=0.0990.

هل من الممكن باستخدام الجدول أعلاه إيجاد قيم اللوغاريتمات العشرية للأعداد التي تحتوي على أكثر من ثلاثة أرقام بعد العلامة العشرية، وكذلك تلك التي تتجاوز النطاق من 1 إلى 9.999؟ نعم يمكنك ذلك. دعونا نظهر كيف يتم ذلك مع مثال.

دعونا نحسب lg102.76332. أولا تحتاج إلى الكتابة الرقم في النموذج القياسي: 102.76332=1.0276332·10 2. بعد ذلك، ينبغي تقريب الجزء العشري إلى المنزلة العشرية الثالثة، لدينا 1.0276332 10 2 ≈1.028 10 2، في حين أن اللوغاريتم العشري الأصلي يساوي تقريبًا لوغاريتم الرقم الناتج، أي أننا نأخذ log102.76332≈lg1.028·10 2. الآن نطبق خصائص اللوغاريتم: lg1.028·10 2 =lg1.028+lg10 2 =lg1.028+2. وأخيرا نجد قيمة اللوغاريتم lg1.028 من جدول اللوغاريتمات العشرية lg1.028≈0.0086+0.0034=0.012. ونتيجة لذلك، تبدو عملية حساب اللوغاريتم برمتها كما يلي: log102.76332=log1.0276332 10 2 ≈lg1.028 10 2 = log1.028+lg10 2 =log1.028+2≈0.012+2=2.012.

في الختام، تجدر الإشارة إلى أنه باستخدام جدول اللوغاريتمات العشرية، يمكنك حساب القيمة التقريبية لأي لوغاريتم. للقيام بذلك، يكفي استخدام صيغة الانتقال للانتقال إلى اللوغاريتمات العشرية، والعثور على قيمها في الجدول، وإجراء العمليات الحسابية المتبقية.

على سبيل المثال، دعونا نحسب السجل 2 3 . وفقا لصيغة الانتقال إلى قاعدة جديدة للوغاريتم، لدينا . من جدول اللوغاريتمات العشرية نجد log3≈0.4771 و log2≈0.3010. هكذا، .

فهرس.

• Kolmogorov A.N.، Abramov A.M.، Dudnitsyn Yu.P. وغيرها الجبر وبدايات التحليل: كتاب مدرسي للصفوف 10 - 11 من مؤسسات التعليم العام.
• جوسيف ف.أ.، موردكوفيتش أ.ج. الرياضيات (دليل للملتحقين بالمدارس الفنية).

يتم إعطاء الخصائص الأساسية للوغاريتم الطبيعي، الرسم البياني، مجال التعريف، مجموعة القيم، الصيغ الأساسية، المشتق، التكامل، توسيع سلسلة القوى وتمثيل الدالة ln x باستخدام الأعداد المركبة.

تعريف

اللوغاريتم الطبيعيهي الدالة ص = لن س، معكوس الأسي، x = e y، وهو اللوغاريتم لأساس الرقم e: ln x = سجل e x.

يستخدم اللوغاريتم الطبيعي على نطاق واسع في الرياضيات لأن مشتقه له أبسط شكل: (ln x)′ = 1/ س.

قائم على تعريفات، أساس اللوغاريتم الطبيعي هو الرقم ه:
ه ≅ 2.718281828459045...;
.

رسم بياني للدالة y = لن س.

رسم بياني للوغاريتم الطبيعي (الدوال y = لن س) يتم الحصول عليها من الرسم البياني الأسي عن طريق انعكاس المرآة بالنسبة للخط المستقيم y = x.

يتم تعريف اللوغاريتم الطبيعي للقيم الموجبة للمتغير x. ويزداد رتابة في مجال تعريفه.

في س → 0 نهاية اللوغاريتم الطبيعي هو ناقص اللانهاية (-∞).

مثل x → + ∞، نهاية اللوغاريتم الطبيعي هي زائد ما لا نهاية (+ ∞). بالنسبة لـ x الكبيرة، يزداد اللوغاريتم ببطء شديد. أي دالة قوة x a ذات أس موجب a تنمو بشكل أسرع من اللوغاريتم.

خصائص اللوغاريتم الطبيعي

مجال التعريف، مجموعة القيم، القيم القصوى، الزيادة، النقصان

اللوغاريتم الطبيعي هو دالة متزايدة بشكل رتيب، لذلك ليس لها نقاط نهاية. يتم عرض الخصائص الرئيسية للوغاريتم الطبيعي في الجدول.

قيم lnx

قانون الجنسية 1 = 0

الصيغ الأساسية للوغاريتمات الطبيعية

الصيغ التالية من تعريف الدالة العكسية:

الخاصية الرئيسية للوغاريتمات وعواقبها

صيغة استبدال القاعدة

يمكن التعبير عن أي لوغاريتم بدلالة اللوغاريتمات الطبيعية باستخدام صيغة الاستبدال الأساسية:

يتم عرض أدلة هذه الصيغ في قسم "اللوغاريتم".

وظيفة عكسية

معكوس اللوغاريتم الطبيعي هو الأس.

اذا ثم

اذا ثم.

مشتق ln x

مشتق من اللوغاريتم الطبيعي:
.
مشتق من اللوغاريتم الطبيعي للمعامل x:
.
مشتق من الترتيب ن:
.
اشتقاق الصيغ > > >

أساسي

يتم حساب التكامل عن طريق التكامل بالأجزاء:
.
لذا،

التعبيرات باستخدام الأعداد المركبة

النظر في وظيفة المتغير المركب z :
.
دعونا نعبر عن المتغير المعقد ضعبر الوحدة النمطية صوالحجة φ :
.
وباستخدام خصائص اللوغاريتم نحصل على:
.
أو
.
لم يتم تعريف الوسيطة φ بشكل فريد. إذا وضعت
، حيث n عدد صحيح،
سيكون نفس الرقم لمختلف n.

ولذلك، فإن اللوغاريتم الطبيعي، كدالة لمتغير معقد، ليس دالة ذات قيمة واحدة.

توسيع سلسلة الطاقة

عندما يحدث التوسع:

مراجع:
في. برونشتاين، ك.أ. سيمنديايف، دليل الرياضيات للمهندسين وطلاب الجامعات، "لان"، 2009.

محور هذه المقالة هو اللوغاريتم. وسنقدم هنا تعريفًا للوغاريتم، ونبين التدوين المقبول، ونعطي أمثلة على اللوغاريتمات، ونتحدث عن اللوغاريتمات الطبيعية والعشرية. بعد ذلك سننظر في الهوية اللوغاريتمية الأساسية.

التنقل في الصفحة.

تعريف اللوغاريتم

ينشأ مفهوم اللوغاريتم عند حل مشكلة بمعنى عكسي معين، عندما تحتاج إلى العثور على أس من قيمة الأس المعروفة وقاعدة معروفة.

ولكن يكفي مقدمات، حان الوقت للإجابة على سؤال “ما هو اللوغاريتم”؟ دعونا نعطي التعريف المقابل.

تعريف.

لوغاريتم b للقاعدة a، حيث a>0 وa≠1 وb>0 هو الأس الذي تحتاج إلى رفع الرقم a إليه للحصول على b نتيجة لذلك.

في هذه المرحلة، نلاحظ أن الكلمة المنطوقة "لوغاريتم" يجب أن تثير على الفور سؤالين للمتابعة: "ما العدد" و"على أي أساس". بمعنى آخر، ببساطة لا يوجد لوغاريتم، ولكن فقط لوغاريتم رقم لأساس ما.

دعونا ندخل على الفور تدوين اللوغاريتم: يُشار عادةً إلى لوغاريتم الرقم b للأساس a بالرمز log a b. لوغاريتم الرقم b إلى الأساس e واللوغاريتم إلى الأساس 10 لهما تسميات خاصة بهما lnb وlogb، على التوالي، أي أنهم لا يكتبون log e b، ولكن lnb، وليس log 10 b، ولكن lgb.

الآن يمكننا أن نعطي : .
والسجلات لا معنى له، ففي الأول منهما رقم سالب تحت علامة اللوغاريتم، وفي الثانية رقم سالب في الأساس، وفي الثالثة رقم سالب تحت علامة اللوغاريتم ووحدة فيها القاعدة.

الآن دعونا نتحدث عن قواعد قراءة اللوغاريتمات. تتم قراءة السجل a b على أنه "لوغاريتم b للأساس a". على سبيل المثال، log 2 3 هو لوغاريتم ثلاثة للأساس 2، وهو لوغاريتم نقطتين وثلثين إلى الجذر التربيعي الأساسي لخمسة. يسمى اللوغاريتم للأساس e اللوغاريتم الطبيعي، والرمز lnb يقرأ "اللوغاريتم الطبيعي لـ b". على سبيل المثال، ln7 هو اللوغاريتم الطبيعي للعدد سبعة، وسنقرأه على أنه اللوغاريتم الطبيعي للعدد pi. اللوغاريتم ذو الأساس 10 له أيضًا اسم خاص - اللوغاريتم العشري، وتتم قراءة lgb كـ "اللوغاريتم العشري لـ b". على سبيل المثال، lg1 هو اللوغاريتم العشري لواحد، وlg2.75 هو اللوغاريتم العشري لـ 2.75 جزء من مائة.

يجدر بنا أن نتحدث بشكل منفصل عن الشروط a>0 وa≠1 وb>0، والتي بموجبها يتم تقديم تعريف اللوغاريتم. دعونا نوضح من أين تأتي هذه القيود. إن المساواة في الصيغة المسماة ، والتي تتبع مباشرة تعريف اللوغاريتم المذكور أعلاه، ستساعدنا على القيام بذلك.

لنبدأ بـ ≠1. بما أن واحد لأي قوة يساوي واحدًا، فإن المساواة يمكن أن تكون صحيحة فقط عندما يكون b=1، لكن log 1 1 يمكن أن يكون أي رقم حقيقي. لتجنب هذا الغموض، يفترض a≠1.

دعونا نبرر مدى ملاءمة الشرط a>0. مع a=0، حسب تعريف اللوغاريتم، سيكون لدينا مساواة، وهو أمر ممكن فقط مع b=0. لكن log 0 0 يمكن أن يكون أي رقم حقيقي غير الصفر، حيث أن صفر مرفوعًا لأي قوة غير صفرية يساوي صفرًا. الشرط a≠0 يسمح لنا بتجنب هذا الغموض. وعندما أ<0 нам бы пришлось отказаться от рассмотрения рациональных и иррациональных значений логарифма, так как степень с рациональным и иррациональным показателем определена лишь для неотрицательных оснований. Поэтому и принимается условие a>0 .

أخيرًا، الشرط b>0 يتبع من عدم المساواة a>0، حيث أن قيمة القوة ذات الأساس الموجب a تكون دائمًا موجبة.

لاختتام هذه النقطة، لنفترض أن التعريف المعلن للوغاريتم يسمح لك بالإشارة فورًا إلى قيمة اللوغاريتم عندما يكون الرقم الموجود أسفل علامة اللوغاريتم هو قوة معينة للقاعدة. في الواقع، تعريف اللوغاريتم يسمح لنا بالقول أنه إذا كانت b=a p، فإن لوغاريتم الرقم b للأساس a يساوي p. أي أن سجل المساواة a a p =p صحيح. على سبيل المثال، نحن نعلم أن 2 3 = 8، ثم سجل 2 8 = 3. سنتحدث أكثر عن هذا في المقال.

المتعلق ب

يمكن تعيين مهمة العثور على أي من الأرقام الثلاثة من الرقمين الآخرين. إذا تم إعطاء a ثم N، يتم العثور عليهما عن طريق الأس. إذا كان N ثم a يُعطى عن طريق أخذ جذر الدرجة x (أو رفعه إلى الأس). الآن فكر في الحالة التي نحتاج فيها إلى إيجاد x، عند وجود a وN.

ليكن الرقم N موجباً: الرقم a يكون موجباً ولا يساوي واحداً: .

تعريف. لوغاريتم الرقم N للأساس a هو الأس الذي يجب رفع a إليه للحصول على الرقم N؛ يتم الإشارة إلى اللوغاريتم بواسطة

وهكذا، في المساواة (26.1) تم العثور على الأس على أنه لوغاريتم N للأساس a. دعامات