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数学公式

数学公式: 对数函数表与图像计算器
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  1. Change of base

    Change of base: 对数函数表与图像计算器

    Logarithm to an arbitrary base a using natural logs.

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结果

已绘制函数
ln(x)
100 plotted points of 101 table rows
有定义的行数(绘制点数) 100
数值表总行数 101
第一个有定义的点 (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

这个计算器能做什么

本工具可以在一段 x 取值区间内,为对数函数生成数值表和函数图像。你可以选择自然对数 \(\ln(x)\)(以 e 为底)、常用对数 \(\log(x)\)(以 10 为底),或以任意底数 \(a\) 计算的对数,记作 \(\log_a(x)\)。从起始值开始,按固定步长递增到终止值,工具会对每个 \(x\) 计算 \(y = f(x)\),列出所有 \((x, y)\) 数据对,并绘制出对应的曲线。

同一坐标轴上的三条对数函数曲线
\(\ln(x)\)、\(\log_{10}(x)\) 和自定义底数的对数曲线,都经过 \((1, 0)\)。

使用方法

先在下拉菜单中选择函数。如果选择 \(\log_a(x)\),需要填写底数 \(a\)(必须大于 0 且不等于 1)。设置「x 区间(起)」和「x 区间(止)」,以及「步长」(增量)。再选择结果要显示的有效数字位数。计算器会逐点遍历整个区间,自动跳过等于 0 或为负数的 \(x\) 值,因为对数在这些位置没有定义。为了保证响应速度,数值表最多显示 301 行。

计算公式

自然对数 \(y = \ln(x)\) 是 \(e^x\) 的反函数。常用对数为 $$y = \log_{10}(x) = \frac{\ln(x)}{\ln(10)}$$ 对于任意底数 \(a\),由换底公式可得 $$\log_a(x) = \frac{\ln(x)}{\ln(a)}, \quad a>0,\ a\neq 1$$ 在程序内部,Math.log 表示自然对数,Math.log10 表示以 10 为底的对数。由于当 \(a = 1\) 时 \(\ln(a) = 0\),为避免除以零,底数恰好等于 1 的情况会被拒绝。

以两个对数之比表示的换底公式
换底公式:任意对数都等于 \(\ln(x)\) 除以 \(\ln(a)\)。

实例演示

选择 \(\log_a(x)\),令 \(a = 2\),\(x\) 从 1 取到 8,步长为 1。根据换底公式可得:\(\log_2(1)=0\),\(\log_2(2)=1\),\(\log_2(3)=1.584963\),\(\log_2(4)=2\),\(\log_2(5)=2.321928\),\(\log_2(6)=2.584963\),\(\log_2(7)=2.807355\),\(\log_2(8)=3\)。所有 8 行都有定义(每个 \(x\) 都是正数),因此表中共有 8 行、8 个绘制点,第一个点位于 \((1, 0)\)。

常见问题

为什么 \(x = 0\) 会显示为「未定义」?当 \(x\) 趋近于 0 时,对数趋向负无穷大,而负数的对数不是实数,因此这些行会被标记为未定义且不参与绘图;y 轴在图像中表现为一条竖直渐近线。

底数可以是分数吗?可以。任何满足 \(0 < a < 1\) 的底数(例如 0.5)都是有效的,会得到一条递减曲线。只有 \(a = 1\) 以及 \(a \le 0\) 是不允许的。

「有效数字位数」会改变什么?它只影响数值表中显示的位数,底层运算始终采用完整的双精度浮点计算。

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