• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.历史
  • 4.概念
  • 5.函数类型
  • 5.1.对数函数
  • 5.2.反函数
  • 6.e与π的哲学意义
  • 7.复数的对数

LN

4
自然对数

自然对数以常数e为底数的对数,记作lnN(N>0)。

在物理学,生物学等自然科学中有重要的意义。一般表示方法为lnx。数学中也常见以logx表示自然对数。若为了避免与基为10的常用对数lgx混淆,可用“全写”㏒ex。

基本信息

  • 中文名

    自然对数

  • 外文名

    Natural logarithm

  • 所属学科

    数学

  • 含义

    自然对数以常数e为底数的对数

历史

在1614年开始有对数概念,约翰·纳皮尔以及Jost Bürgi(英语:Jost Bürgi)在6年后,分别发表了独立编制的对数表,当时通过对接近1的底数的大量乘幂运算,来找到指定范围和精度的对数和所对应的真数,当时还没出现有理数幂的概念。1742年William Jones(英语:William Jones (mathematician))才发表了幂指数概念。按后来人的观点,Jost Bürgi的底数1.0001相当接近自然对数的底数e,而约翰·纳皮尔的底数0.99999999相当接近1/e。实际上不需要做开高次方这种艰难运算,约翰·纳皮尔用了20年时间进行相当于数百万次乘法的计算,Henry Briggs(英语:Henry Briggs (mathematician))建议纳皮尔改用10为底数未果,他用自己的方法于1624年部份完成了常用对数表的编制。

1649年,Alphonse Antonio de Sarasa(英语:Alphonse Antonio de Sarasa)将双曲线下的面积解释为对数。大约1665年,伊萨克·牛顿推广了二项式定理,他将image展开并逐项积分,得到了自然对数的无穷级数。“自然对数”最早描述见于尼古拉斯·麦卡托在1668年出版的著作《Logarithmotechnia》中,他也独立发现了同样的级数,即自然对数的麦卡托级数。大约1730年,欧拉定义互为逆函数的指数函数和自然对数.

e在科学技术中用得非常多,一般不使用以10为底数的对数。以e为底数,许多式子都能得到简化,用它是最“自然”的,所以叫“自然对数”。

我们可以从自然对数最早是怎么来的来说明其有多“自然”。以前人们做乘法就用乘法,很麻烦,发明了对数这个工具后,乘法可以化成加法,即:image

当然后来数学家对这个数做了无数研究,发现其各种神奇之处,在对数表中出现并非偶然,而是相当自然或必然的。因此就叫它自然对数底了。

概念

常数e的含义是单位时间内,持续的翻倍增长所能达到的极限值。

自然对数的底e是由一个重要极限给出的。我们定义:当n趋于无穷大时,image.

e是一个无限不循环小数,其值约等于2.718281828459…,它是一个超越数

函数类型

对数函数

当自然对数image中真数为连续自变量时,称为对数函数,记作imagex为自变量,y为因变量)。

反函数

历史上自然对数y=lnx的产生要比e要早些,当时人们对于微分和不定积分的求法已经熟知,并且很早就得到了幂函数image的不定积分表达式image。但对于n=-1的情况,因n=-1代入幂函数的不定积分表达式中将使分母为0,所以image该如何求原函数,或者说image到底该如何积分,数学家们采用了多种方法均无法得到满意的回答。

例如采用分部积分法,

image

两边减掉image,将得到0=1的结论。

于是数学家们想到了利用积分变限函数来给出image的原函数,即定义一个新的函数