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輸入計算

數學公式

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結果

x 的解
x = 3
where bx = c
x = ln(c) / ln(b) 3
Verification: bx 8

這個計算機的功能

這個工具能解指數方程式 \(b^x = c\),求出位在指數位置的未知數 \(x\)。當你要找的變數落在指數上時,光靠一般的代數運算無法把它單獨移項出來——這時就要在等式兩邊同時取對數。最後得到的封閉解為 \(x = \ln(c) / \ln(b)\),只要底數 \(b\) 為正數(且不等於 1)、\(c\) 為正數,這個公式就成立。

使用方式

輸入底數 \(b\)(例如 2、10,或 \(e \approx 2.71828\))以及目標值 \(c\)。計算機會回傳指數 \(x\),並附上一列驗算,顯示 \(b^x\) 的結果,這個值應該會還原成你輸入的 \(c\)。\(b\) 與 \(c\) 都必須為正數,因為正底數的指數運算結果永遠是正數;而且 \(b\) 不能等於 1(因為方程式 \(1^x = c\) 沒有唯一解)。

公式詳解

從 \(b^x = c\) 開始。在等式兩邊同時取自然對數:\(\ln(b^x) = \ln(c)\)。利用對數的冪次法則,可以把指數移到前面:\(x \cdot \ln(b) = \ln(c)\)。兩邊同除以 \(\ln(b)\),就得到

$$x = \frac{\ln(c)}{\ln(b)}$$

你也可以改用以 10 為底的對數或任何其他底數,算出來的答案都一樣——因為在這個比值中,底數會被約掉(這就是換底公式)。

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方程式 b 的 x 次方等於 c 重排為 x 等於 ln c 除以 ln b
對兩邊取自然對數即可分離出指數 \(x\)。

實際範例

解 \(2^x = 8\)。則

$$x = \frac{\ln(8)}{\ln(2)} = \frac{2.0794}{0.6931} = 3$$

驗證 \(2^3 = 8\)。✓ 再看一例:\(10^x = 1000\),得 \(x = \frac{\ln(1000)}{\ln(10)} = 3\),因為 \(10^3 = 1000\)。

指數曲線與高度為 c 的水平線相交,在座標軸上給出解 x
解 \(x\) 就是曲線 \(b^x\) 達到目標值 \(c\) 的位置。

常見問題

\(x\) 可以是負數或分數嗎?可以。如果 \(c\) 介於 0 與 1 之間(且 \(b > 1\)),\(x\) 會是負數;非整數的答案也完全合理,例如 \(2^x = 5\) 算出 \(x \approx 2.3219\)。

為什麼 \(c\) 一定要是正數?因為正底數的 \(b^x\) 永遠是正數,所以不存在任何實數 \(x\) 能讓它等於零或變成負數。

如果底數是 \(e\) 怎麼辦?那麼 \(x = \ln(c)\) 就是答案,因為 \(\ln(b) = \ln(e) = 1\)。

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