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數學公式

數學公式: 對數函數表與圖形計算機
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  1. Change of base

    Change of base: 對數函數表與圖形計算機

    Logarithm to an arbitrary base a using natural logs.

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結果

繪製的函數
ln(x)
100 plotted points of 101 table rows
有定義的列數(繪出的點) 100
表格總列數 101
第一個有定義的點 (x, y) (0.05, -2.995732)
x y = ln(x)
0 undefined
0.05 -2.99573
0.1 -2.30259
0.15 -1.89712
0.2 -1.60944
0.25 -1.38629
0.3 -1.20397
0.35 -1.04982
0.4 -0.916291
0.45 -0.798508
0.5 -0.693147
0.55 -0.597837
0.6 -0.510826
0.65 -0.430783
0.7 -0.356675
0.75 -0.287682
0.8 -0.223144
0.85 -0.162519
0.9 -0.105361
0.95 -0.0512933
1 0
1.05 0.0487902
1.1 0.0953102
1.15 0.139762
1.2 0.182322
1.25 0.223144
1.3 0.262364
1.35 0.300105
1.4 0.336472
1.45 0.371564
1.5 0.405465
1.55 0.438255
1.6 0.470004
1.65 0.500775
1.7 0.530628
1.75 0.559616
1.8 0.587787
1.85 0.615186
1.9 0.641854
1.95 0.667829
2 0.693147
2.05 0.71784
2.1 0.741937
2.15 0.765468
2.2 0.788457
2.25 0.81093
2.3 0.832909
2.35 0.854415
2.4 0.875469
2.45 0.896088
2.5 0.916291
2.55 0.936093
2.6 0.955511
2.65 0.97456
2.7 0.993252
2.75 1.0116
2.8 1.02962
2.85 1.04732
2.9 1.06471
2.95 1.08181
3 1.09861
3.05 1.11514
3.1 1.1314
3.15 1.1474
3.2 1.16315
3.25 1.17865
3.3 1.19392
3.35 1.20896
3.4 1.22378
3.45 1.23837
3.5 1.25276
3.55 1.26695
3.6 1.28093
3.65 1.29473
3.7 1.30833
3.75 1.32176
3.8 1.335
3.85 1.34807
3.9 1.36098
3.95 1.37372
4 1.38629
4.05 1.39872
4.1 1.41099
4.15 1.42311
4.2 1.43508
4.25 1.44692
4.3 1.45862
4.35 1.47018
4.4 1.4816
4.45 1.4929
4.5 1.50408
4.55 1.51513
4.6 1.52606
4.65 1.53687
4.7 1.54756
4.75 1.55814
4.8 1.56862
4.85 1.57898
4.9 1.58924
4.95 1.59939
5 1.60944

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。

同一座標軸上的三條對數函數曲線
\(\ln(x)\)、\(\log_{10}(x)\) 和自訂底數的對數曲線,都通過 \((1, 0)\)。

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。

以兩個對數之比表示的換底公式
換底公式:任意對數都等於 \(\ln(x)\) 除以 \(\ln(a)\)。

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。

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