รายชื่อเอกลักษณ์ลอการิทึม

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไบยังการนำทาง ไปยังการค้นหา

ในทางคณิตศาสตร์ เอกลักษณ์ลอการิทึมมีอยู่เป็นจำนวนมากดังนี้

เอกลักษณ์ชัด (Trivial Identities)[แก้]

เพราะ , โดยให้ b>0
เพราะ

ในเอกลักษณ์ที่สอง logb(0) มีคำตอบคือไม่นิยาม เพราะไม่มีจำนวน x ใด ๆ ที่ทำให้ bx = 0 โดยความเป็นจริงแล้ว เส้นกำกับแนวตั้ง (Vertical asymptote) บนกราฟในฟังก์ชัน logb(x) อยู่ที่ x = 0.

ยกเลิกฟังก์ชันเลขชี้กำลัง (Canceling exponents)[แก้]

ลอการิทึมและเลขชี้กำลัง (แอนติลอการิทึม) ที่อยู่ฐานเดียวกันจะยกเลิกฟังก์ชันนั้นด้วยกันเอง ซึ่งเป็นความจริงเพราะลอการิทึมและเลขชี้กำลังเป็นตัวดำเนินการย้อนกลับ (คล้ายกับการคูณกับการหาร หรือ การบวกกับการลบ)

เพราะ
เพราะ

ทั้งสองเอกลักษณ์ข้างบนแปลงมาจาก 2 สมการที่กำหนดนิยามของลอการิทึมไว้ดังต่อไปนี้

โดยแทนค่า c ไปที่สมการทางซ้ายจะได้ blogb(x) = x และแทนค่า x ไปที่สมการทางด้านขวาจะได้ logb(bc) = c สุดท้ายจึงแทนค่า c เป็น x.

ตัวดำเนินการลดรูป (Simpler operations)[แก้]

ลอการิทึมสามารถลดรูปเพื่อให้การคำนวณนั้นง่ายขึ้น ยกตัวอย่างเช่น จำนวนสองจำนวนสามารถคูณกันได้โดยใช้ตารางลอการิทึมและจับค่าที่แปลงได้มาบวกกัน โดยตัวดำเนินการสามตัวแรกข้างใต้นี้กำหนดให้ x = bc และ/หรือ y = bd ทำให้ logb(x) = c และ logb(y) = d การแปลงสมการก็สามารถใช้ตามนิยามของลอการิทึม x = blogb(x) และ x = logb(bx)

เพราะ
เพราะ
เพราะ
เพราะ
เพราะ
เพราะ

โดยให้ , และ เป็นจำนวนจริงบวกและ ทั้ง และ เป็นจำนวนจริง

ผลลัพธ์ของกฎที่มาจากการยกเลิกเลขชี้กำลัง และกฎของเลขชี้กำลังที่จำเป็น โดยเริ่มต้นจากกฎข้อแรกจะเห็นว่า

กฎสำหรับเลขยกกำลังได้ถูกใช้ในกฎข้ออื่น ๆ ของกฎเลขชี้กำลังอีกด้วยดังที่เห็น

กฎที่เกี่ยวข้องกับเศษส่วนได้ถูกใช้ตามนี้

เช่นเดียวกัน กฎของกรณฑ์ก็ได้แปลงโดยการเขียนกรณฑ์ต่าง ๆ เป็นเศษส่วน

เปลี่ยนเลขฐาน[แก้]

เอกลักษณ์นี้เป็นประโยชน์มากต่อการคำนวณลอการิทึมผ่านเครื่องคิดเลข โดยเครื่องคิดเลขส่วนใหญ่มักจะมีแค่ปุ่ม ln และ log10 เท่านั้น ไม่มีลอการิทึมฐานอื่น ๆ เช่น log2 ดังนั้นเมื่อจะหา log2(3) จะใช้ log10(3) / log10(2) (หรือ ln(3)/ln(2)) แทนซึ่งผลลัพธ์มีค่าเท่ากัน

พิสูจน์[แก้]

ให้
จากนั้น
นำ ไปใส่ไว้ในสมการทั้งสองข้างจะได้
ลดรูป จะได้
เมื่อ ดังนั้น

โดยสมการนี้สามารถให้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้ได้อีกด้วย

โดยให้ เป็นการเรียงสับเปลี่ยนของจำนวน 1, ..., n ใด ๆ ยกตัวอย่างเช่น

การบวกและการลบของลอการิทึม[แก้]

กฎการบวกและการลบของลอการิทึมดังต่อไปนี้มีประโยชน์มาก โดยเฉพาะในทฤษฎีความน่าจะเป็น เมื่อมีการใช้ผลรวมของความน่าจะเป็นแบบลอการิทึม

และ จะถูกสลับไปอยู่ทางขวาของสมการก็ต่อเมื่อ และเอกลักษณ์การลบของลอการิทึมไม่ได้นิยามไว้ ถ้า เพราะลอการิทึมของศูนย์ฐานใด ๆ ไม่ได้นิยามค่าไว้ ภาษาโปรแกรมหลายภาษาได้ระบุเฉพาะว่า log1p(x) เป็นฟังก์ชันที่คำนวณ โดยไม่เกิดการ underflow เมื่อ มีค่าน้อย

เมื่อทำสมการให้อยู่ในรูปทั่วไปจะได้ว่า

เมื่อ are sorted in descending order.

Exponents[แก้]

A useful identity involving exponents:

Inequalities[แก้]

Based on [1] and [2]

Both are pretty sharp around x=0, but not for large x.

Calculus identities[แก้]

Limits[แก้]

The last limit is often summarized as "logarithms grow more slowly than any power or root of x".

Derivatives of logarithmic functions[แก้]

Where , , and .

Integral definition[แก้]

Integrals of logarithmic functions[แก้]

To remember higher integrals, it's convenient to define:

Where is the nth Harmonic number.

Then,

Approximating large numbers[แก้]

The identities of logarithms can be used to approximate large numbers. Note that logb(a) + logb(c) = logb(ac), where a, b, and c are arbitrary constants. Suppose that one wants to approximate the 44th Mersenne prime, 232,582,657 − 1. To get the base-10 logarithm, we would multiply 32,582,657 by log10(2), getting 9,808,357.09543 = 9,808,357 + 0.09543. We can then get 109,808,357 × 100.09543 ≈ 1.25 × 109,808,357.

Similarly, factorials can be approximated by summing the logarithms of the terms.

Complex logarithm identities[แก้]

The complex logarithm is the complex number analogue of the logarithm function. No single valued function on the complex plane can satisfy the normal rules for logarithms. However a multivalued function can be defined which satisfies most of the identities. It is usual to consider this as a function defined on a Riemann surface. A single valued version called the principal value of the logarithm can be defined which is discontinuous on the negative x axis and equals the multivalued version on a single branch cut.

Definitions[แก้]

The convention will be used here that a capital first letter is used for the principal value of functions and the lower case version refers to the multivalued function. The single valued version of definitions and identities is always given first followed by a separate section for the multiple valued versions.

ln(r) is the standard natural logarithm of the real number r.
Log(z) is the principal value of the complex logarithm function and has imaginary part in the range (-π, π].
Arg(z) is the principal value of the arg function, its value is restricted to (-π, π]. It can be computed using Arg(x+iy)= atan2(y, x).

The multiple valued version of log(z) is a set but it is easier to write it without braces and using it in formulas follows obvious rules.

log(z) is the set of complex numbers v which satisfy ev = z
arg(z) is the set of possible values of the arg function applied to z.

When k is any integer:

Constants[แก้]

Principal value forms:

Multiple value forms, for any k an integer:

Summation[แก้]

Principal value forms:

Multiple value forms:

Powers[แก้]

A complex power of a complex number can have many possible values.

Principal value form:

Multiple value forms:

Where k1, k2 are any integers:

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]