這個計算機的功能
這個工具可以在一段 x 數值範圍內,為對數函數建立數值表並繪製圖形。你可以選擇自然對數 \(\ln(x)\)(以 e 為底)、常用對數 \(\log(x)\)(以 10 為底),或是以任意底數 a 的對數,寫作 \(\log_a(x)\)。計算機會從你設定的起始值開始,依固定的間距遞增到結束值,逐一計算 \(y = f(x)\),列出每一組 \((x, y)\) 數對,並把對應的曲線畫出來。
使用方法
先從下拉選單挑選函數。若選擇 \(\log_a(x)\),請輸入底數 a(必須大於 0 且不等於 1)。接著設定「x 範圍(起)」與「x 範圍(迄)」,以及「間距」(每一步的增量)。再選擇要顯示幾位有效數字。計算機會在整個範圍內逐步計算,並自動略過 x 為零或負數的值,因為對數在這些位置沒有定義。為了維持流暢的操作體驗,數值表最多顯示 301 列。
計算公式
自然對數 \(y = \ln(x)\) 是 \(e^x\) 的反函數。常用對數為 $$y = \log_{10}(x) = \frac{\ln(x)}{\ln(10)}$$ 對於任意底數 a,換底公式給出 $$\log_a(x) = \frac{\ln(x)}{\ln(a)}$$ 程式內部以 Math.log 表示自然對數,Math.log10 表示以 10 為底的對數。由於當 \(a = 1\) 時 \(\ln(a) = 0\),為避免除以零,系統會拒絕底數剛好為 1 的情況。
實例演算
選擇 \(\log_a(x)\),設 \(a = 2\),x 從 1 到 8,間距為 1。依換底公式可得:\(\log_2(1)=0\)、\(\log_2(2)=1\)、\(\log_2(3)=1.584963\)、\(\log_2(4)=2\)、\(\log_2(5)=2.321928\)、\(\log_2(6)=2.584963\)、\(\log_2(7)=2.807355\)、\(\log_2(8)=3\)。由於每個 x 都是正數,這 8 列全部有定義,因此表格共有 8 列、繪出 8 個點,第一個點落在 \((1, 0)\)。
常見問題
為什麼 \(x = 0\) 會顯示為「未定義」?零的對數會趨向負無窮大,而負數的對數則不是實數,所以這些列會被標記為未定義且不繪出;此時 y 軸的行為相當於一條垂直漸近線。
底數可以是分數嗎?可以。任何滿足 \(0 < a < 1\) 的底數(例如 0.5)都是合法的,會畫出一條遞減的曲線。只有 \(a = 1\) 與 \(a \le 0\) 不被允許。
「有效數字」會改變什麼?它只影響數值表中顯示的位數;底層運算一律使用完整的雙精度浮點數。