常用對數

標準對數,也称常用對數()在數學是以10為底數的對數函數,其逆函數是以10作基數的指數函數。

底為10的對數表达式以 \log_{10}(x) 表示,有時以英文大寫字母L表示Log(x)。計算機的標記通常是“log”,但數學家通常区分自然对数和常用對數。為了區分開來,ISO 80000規範建議 \log_{10}(x) 應寫成 \lg(x),\log_e(x) 應寫成 \ln(x)。

數學表达
常用對數一般表示成 \log x,或简写成 \lg x,正式寫法是 \log_{10} x;而常用對數逆函數為 10^x。

用途
常用對數可令「十變一,億變八」(數算整數位以上的零的數目),多數用於比較並表達聲音強度(分貝)、酸鹼值、地震規模(芮氏震級)、星等等相差層次很大的數值。常見例子是化學用的氫離子指數,定義如
:\mathrm{pH} =-\log_{10} \frac{[\mathrm{H}^+]}{\mathrm{mol/L}}。

20世紀70年代初之前還沒有手持電子計算器可用,能倍增的機械計算器體積龐大,價格昂貴並不廣泛使用。相反,當計算所需的精度比使用計算尺能達到的要求更高時,科學,工程和導航用的是底數為10的對數表格。使用對數避免了繁瑣且容易出錯的筆算乘法和分割。對數非常有用,許多教科書的附錄都有底為10的對數表格。數學和導航手冊也包括三角函數的對數表。

底為10的對數一個重要特性使得它們在計算中非常有用,大於1的對數相差10倍的冪,小數部分都相同,對數表只需顯示小數部分,稱尾數(mantissa)。常用對數表通常列出範圍內各數的尾數,小數點後4至5位,如1000到9999。這範圍涵蓋尾數的所有可能值。

整數部分稱特徵(characteristic),可數算小數點必須移動多少位來計算,以便它僅在第一有效位的右側,如120的對數由以下計算得出:

:\log 120=\log(10^2 \times 1.2)=2+\log 1.2 \approx 2+0.07918。

最後數字(小數部分0.07918,或120的常用對數尾數)可在下表找到。小數點在120的位置告訴我們120的常用對數特徵是2。

大於0且小於1的數字有負對數,為了避免需要另外的表格將正負對數轉換回原數,有時會用小節符號表示:

:\log_{10}0.012=\log_{10}(10^{-2}\times 1.2)=-2+\log_{10}1.2\approx-2+0.07918=\bar{2}.07918=-1.92082

特徵上的橫線表明其為負值,而尾數仍為正值,符號\bar{n}讀作“bar n”,\bar{2}.07918讀作“bar 2 point 07918”。

以下示例用小節符號計算0.012×0.85=0.0102:

:\begin{array}{rll}
\text{As found above,} &\log_{10}0.012\approx\bar{2}.07918 \\
\text{Since}\;\;\log_{10}0.85&=\log_{10}(10^{-1}\times 8.5)=-1+\log_{10}8.5&\approx-1+0.92942=\bar{1}.92942\;, \\
\log_{10}(0.012\times 0.85) &=\log_{10}0.012+\log_{10}0.85 &\approx\bar{2}.07918+\bar{1}.92942 \\
&=(-2+0.07918)+(-1+0.92942) &=-(2+1)+(0.07918+0.92942) \\
&=-3+1.00860 &=-2+0.00860\;^* \\
&\approx\log_{10}(10^{-2})+\log_{10}(1.02) &=\log_{10}(0.01\times 1.02) \\
&=\log_{10}(0.0102)
\end{array}

下表顯示如何將相同的尾數用於不同10次方的數字範圍:

:\log_{10}(x\times10^i)=\log_{10}(x)+\log_{10}(10^i)=\log_{10}(x)+i,
尾數對所有 5 \times 10^i 都通用,適用於任何正實數x。

對數表每條尾數可以只列一次。在5×10i的例子中,0.698970(004336018...)列在5(或0.5或500等)之下一次。

歷史
以10为底的对数对计算最常用,工程师通常简写成“ \lg(x) ”。另一方面,数学家在表示自然对数的\log_e(x)时会写成“\ln(x)”,这两种符号現今都广泛使用。

手持电子计算器由工程师而非数学家设计,遵循工程师的符号已成为惯例;记法“\ln(x)”在发明电子计算器後大幅普及。

數值
注释
參見

  • 自然對數

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