什麼是負對數計算機?
負對數計算機可用來求出 \(-\log_b(x)\),也就是數值 x 在任意底數 b 下取對數後再加上負號的結果。負對數在科學領域隨處可見:化學中用 \(\text{pH} = -\log_{10}[\text{H}^+]\) 與 \(\text{pKa} = -\log_{10}(K_a)\),資訊理論則以 \(-\log_2(p)\) 來衡量「驚奇度」。由於市面上大多數計算機只提供以 10 為底或以 e 為底的對數,這款工具讓你能自由指定任何想要的底數。
使用方法
輸入數值 x(必須大於零),以及對數的底數 b(必須為正數,且不等於 1)。若是計算 pH 值之類的問題,請使用底數 10;計算資訊量(位元)時使用底數 2;自然對數則使用歐拉數 2.71828。按下計算,負對數結果便會立即顯示。
公式解析
本計算機運用換底公式,再將結果取負號:
$$y = -\log_b(x) = -\,\frac{\ln(x)}{\ln(b)}$$
將 x 的自然對數除以 b 的自然對數,就能把任意底數轉換成以 e 為底的對數,而這是每台電腦都能計算的形式。前方的負號只是把結果的正負反轉,因此介於 0 到 1 之間的數會得到正值,大於 1 的數則會得到負值。
實例演算
假設某溶液的氫離子濃度為 \(x = 0.001\) mol/L,並使用底數 \(b = 10\)。此時 \(\ln(0.001) \approx -6.907755\),\(\ln(10) \approx 2.302585\)。相除得到 \(-3\),取負號後得 3。因此 pH 值為 3 ——屬於中等酸性的溶液。
常見問題
為什麼 x 必須為正數?對數只對正數有定義,因此 \(x \le 0\) 在實數範圍內無解,本工具會回傳 0。
為什麼底數不能為 1?因為 \(\ln(1) = 0\),以 1 為底的對數會造成除以零的情況,故無定義。
計算 pH 值該用哪個底數?一律使用底數 10。資訊理論請用底數 2;自然對數則使用 \(e \approx 2.71828\)。