Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Logarit”

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Nâng cấp bài viết theo FA (en.wiki), lần 1
Dòng 1: Dòng 1:
{{Không nguồn gốc}}[[Tập tin:Logarithm plots.svg|phải|nhỏ|300px|Đồ thị các hàm logarit số 2, [[số e|''e'']], 10, và 1/2.]]
[[Tập tin:Logarithm plots.png|nhỏ|Đồ thị của ba hàm số logarit phổ biến nhất. Các điểm đặc biệt {{math|log<sub>''b''</sub> ''b'' {{=}} 1}} được biểu diễn bằng đường đứt đoạn, và cả ba đồ thị cắt nhau tại {{nowrap|{{math|1= log<sub>''b''</sub> 1 = 0.}}}}]]
[[Tập tin:Binary logarithm plot with ticks.svg|right|thumb|upright=1.35|alt=Graph showing a logarithmic curve, crossing the ''x''-axis at ''x''= 1 and approaching minus infinity along the ''y''-axis.|[[Đồ thị của hàm số|Đồ thị]] của hàm logarit cơ số 2 cắt trục hoành tại {{math|''x'' {{=}} 1}} và đi qua các điểm {{nowrap|(2, 1)}}, {{nowrap|(4, 2)}}, và {{nowrap|(8, 3)}}, miêu tả rằng, chẳng hạn, {{math|log<sub>2</sub>(8) {{=}} 3}} và {{math|2<sup>3</sup> {{=}} 8}}. Khi {{mvar|x}} càng gần 0 thì đồ thị về gần với trục tung nhưng không giao với nó.]]
Trong [[toán học]], '''logarit''' ({{lang-en|logarithm}}) là [[hàm ngược]] của [[lũy thừa]]. Điều đó có nghĩa logarit của một số {{Math|''x''}} là [[Lũy thừa|số mũ]] mà một giá trị cố định, gọi là [[cơ số]] {{Math|''b''}}, phải được nâng lên lũy thừa để tạo ra số {{Math|''x''}} đó. Trong trường hợp đơn giản nhất, logarit là đếm số lần lặp đi lặp lại của [[phép nhân]]; ví dụ, vì {{math|1000 {{=}} 10 × 10 × 10 {{=}} 10<sup>3</sup>}} nên logarit cơ số {{Math|10}} của {{Math|1000}} là {{Math|3}} hay {{math|log<sub>10</sub>(1000) {{=}} 3}}. Logarit cơ số {{Math|''b''}} của {{Math|''x''}} được ký hiệu là {{math|log<sub>''b''</sub>&thinsp;(''x'')}}, {{math|log<sub>''b''</sub>&thinsp;''x''}} hay {{math|log&thinsp;''x''}}.


Tổng quát hơn, phép lũy thừa cho phép một [[số thực]] dương bất kỳ được nâng lên lũy thừa với một số mũ thực và kết quả thu được luôn là một số dương, do đó với hai số thực dương {{Math|''b''}} và {{Math|''x''}} bất kỳ, trong đó {{Math|''b''}} khác {{Math|1}}, {{math|log<sub>''b''</sub>&thinsp;(''x'')}} luôn có giá trị bằng một số thực {{Math|''y''}} duy nhất. Một cách rõ ràng hơn, định nghĩa liên hệ giữa lũy thừa và logarit là:
Trong [[toán học]], '''logarit''' ({{lang-en|logarithm}}) là [[hàm ngược]] của [[lũy thừa]]. Điều đó có nghĩa logarit của một số là số mũ của một giá trị cố định, gọi là [[cơ số]], phải được nâng lên lũy thừa để tạo ra con số đó. Trong trường hợp đơn giản logarit là đếm số lần lặp đi lặp lại của [[phép nhân]]. Ví dụ, logarit cơ số 10 của 1000 là 3, vì 10 mũ 3 là 1000 (1000 = 10 × 10 × 10 = 10<sup>3</sup>); phép nhân được lặp đi lặp lại ba lần. Tổng quát hơn, lũy thừa cho phép bất kỳ số thực dương nào có thể nâng lên lũy thừa với số mũ thực bất kỳ, luôn luôn tạo ra một kết quả là số dương, vì vậy logarit có thể được tính toán cho bất kỳ hai số dương thực a và b trong đó a ≠ 1.
:<math>\log_{b}(x)=y</math> khi và chỉ khi<math>\ b^y = x\ </math>và <math>\ x > 0</math> và <math>\ b > 0</math> và<math>\ b \ne 1</math>.
Ví dụ, {{math|1=log<sub>2</sub>&thinsp;64 = 6}} vì {{math|1=2<sup>6</sup> = 64}}.


Logarit cơ số {{Math|10}} ({{math|1=''b'' = 10}}) được gọi là logarit thập phân và có nhiều ứng dụng trong khoa học và kỹ thuật. [[Logarit tự nhiên]] có cơ số là [[E (số)|hằng số {{Mvar|e}}]] ({{math|''b'' ≈ 2,718}}), được ứng dụng phổ biến nhất trong toán học và [[Vật lý học|vật lý]] vì [[tích phân]] và [[đạo hàm]] của nó đơn giản hơn. Logarit nhị phân sử dụng cơ số {{Math|2}} ({{math|1=''b'' = 2}}) và được sử dụng nhiều nhất trong [[khoa học máy tính]].<ref name=":0">{{Chú thích web|url=https://mathvault.ca/logarithm-theory/|tựa đề=The Ultimate Guide to Logarithm — Theory & Applications|tác giả=|họ=|tên=|ngày=2016-05-08|website=Math Vault|url lưu trữ=|ngày lưu trữ=|url hỏng=|ngày truy cập=}}</ref>
== Định nghĩa ==

Cho hai số dương a và b với a ≠ 1. Số α thỏa mãn đẳng thức ''a<sup>α</sup> = b'' được gọi là logarit cơ số a của b và kí hiệu là log''<sub>a</sub>b''.
Logarit do [[John Napier]] giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1614 như là một cách để đơn giản hóa việc tính toán.<ref name=":1">{{Citation|first=Ernest William|last=Hobson|title=John Napier and the invention of logarithms, 1614|year=1914|publisher=The University Press|location=Cambridge|url=https://archive.org/details/johnnapierinvent00hobsiala}}</ref> Về sau, nhiều nhà khoa học đã sử dụng nó để hỗ trợ trong tính toán, đặc biệt là các phép tính yêu cầu độ chính xác cao. Bằng cách sử dụng bảng số logarit, các phép nhân phức tạp với rất nhiều chữ số được thay bằng việc tra cứu bảng số và thực hiện các phép cộng đơn giản. Đó là vì logarit của một [[Tích (toán học)|tích]] bằng [[Phép cộng|tổng]] các logarit của các thừa số:
{|
|<math>\alpha=\log_{a}b \Leftrightarrow a^{\alpha}=b</math>
:<math> \log_b(xy) = \log_b x + \log_b y, \,</math>
trong đó {{Math|''b''}}, {{Math|''x''}} và {{Math|''y''}} đều là số dương và {{math|''b'' ≠ 1}}. [[Thước loga]], vốn được dựa trên logarit, cho phép tính nhanh mà không cần bảng số nhưng với độ chính xác thấp hơn. Ký hiệu logarit như ngày nay đến từ [[Leonhard Euler]], người đã liên hệ nó với hàm mũ vào thế kỷ 18 và cũng là người tìm ra chữ {{mvar|e}} như là cơ số của logarit tự nhiên.<ref>{{Cite book|title=Theory of complex functions|last=Remmert, Reinhold.|date=1991|publisher=Springer-Verlag|isbn=0387971955|location=New York|oclc=21118309}}</ref>
|}

[[Thang đo lôgarit|Thang đo logarit]] đưa các đại lượng mở về phạm vi nhỏ hơn. Chẳng hạn, [[decibel]] (dB) là [[Đơn vị đo|đơn vị]] dùng để đưa tỷ lệ logarit, phần lớn cho công suất tín hiệu và biên độ (trong đó có [[áp suất âm thanh]]). Trong [[hóa học]], [[pH]] là chỉ số logarit để đo độ axit hay bazơ của [[dung dịch nước]]. Logarit cũng phổ biến trong [[công thức]] khoa học, trong việc nghiên cứu [[Lý thuyết độ phức tạp tính toán|độ phức tạp của tính toán]] hay các [[phân dạng]]. Nó hỗ trợ mô tả tỷ lệ [[tần số]] của các quãng trong âm nhạc, xuất hiện trong công thức đếm [[số nguyên tố]] hay [[Xấp xỉ Stirling|tính gần đúng]] một [[giai thừa]],...

Logarit phức là [[hàm ngược]] của hàm lũy thừa trong [[số phức]]. Một dạng khác của logarit là [[Lôgarit rời rạc|logarit rời rạc]] và có ứng dụng trong [[mật mã hóa khóa công khai]].

== Ý tưởng và định nghĩa ==
[[Phép cộng]], [[phép nhân]] và [[lũy thừa]] là ba trong những phép toán cơ bản nhất. Phép ngược lại của phép cộng là [[phép trừ]]: nếu ta cộng thêm {{math|5}} vào {{mvar|x}} để có {{math|''x'' + 5}}, để đảo ngược thao tác này ta phải ''trừ'' {{math|''x'' + 5}} cho {{math|5}}. Phép ngược lại của phép nhân là [[phép chia]]: nếu ta nhân {{mvar|x}} cho {{math|5}} để có {{math|5''x''}} thì sau đó, ta phải chia {{math|5''x''}} cho {{math|5}} để có {{mvar|x}}. Tương tự, logarit chính là phép toán ngược lại của lũy thừa. Lũy thừa là khi ta nâng một số lên một số mũ nhất định. Chẳng hạn, {{math|2}} nâng lên lũy thừa {{math|3}} bằng {{math|8}}:
:<math>2^3 = 2 \times 2 \times 2 = 8</math>

Trường hợp tổng quát là khi ta nâng một số {{Math|''b''}} lên lũy thừa {{Math|''y''}} để có {{Math|''x''}}:
:<math>b^y=x</math>

Số {{Math|''b''}} ở đây được gọi là cơ số. Cơ số là số được nâng lên một số mũ nhất định, và trong ví dụ trên, cơ số này bằng {{math|2}}. Để biểu diễn {{Math|''b''}} theo {{mvar|x}}, ta lấy căn bậc {{Math|''y''}} cả hai vế để có:
:<math>b=\sqrt[y]{{x}}</math>

Biểu diễn {{Math|''y''|}} theo {{mvar|x}} khó hơn rất nhiều, nhưng logarit cho phép ta thực hiện điều này:
:<math>y=\log_{b}x</math>

Biểu thức trên có nghĩa là {{Math|''y''}} là lũy thừa mà ta cần phải nâng {{mvar|b}} lên để có được {{Math|''x''}}. Đây là phép ngược lại của lũy thừa vì logarit của {{Math|''x''}} cho ta biết được ''số mũ'' mà cơ số được nâng lên.

=== Lũy thừa ===
Đề mục con này tóm tắt ngắn gọn về phép lũy thừa, một bước cơ bản để hiểu được bản chất của logarit. Nâng {{mvar|b}} lên lũy thừa {{mvar|n}}, với {{mvar|n}} là một [[số tự nhiên]], tức là ta đã thực hiện phép nhân {{mvar|n}} thừa số với nhau, mỗi thừa số bằng {{mvar|b}}. Lũy thừa {{mvar|n}} của {{mvar|b}} được ký hiệu là {{math|''b''<sup>''n''</sup>}}:
:<math>b^n = \underbrace{b \times b \times \cdots \times b}_{n}</math>
Lũy thừa có thể được mở rộng thành dạng {{math|''b''<sup>''y''</sup>}}, với {{mvar|b}} là một số dương và ''số mũ'' {{mvar|y}} là một số thực bất kỳ.<ref>{{Citation|last1=Shirali|first1=Shailesh|title=A Primer on Logarithms|publisher=Universities Press|isbn=978-81-7371-414-6|year=2002|location=Hyderabad|url={{google books |plainurl=y |id=0b0igbb3WaQC}}}}, đặc biệt chương 2</ref> Chẳng hạn {{math|''b''<sup>−1</sup>}} là nghịch đảo của {{mvar|b}}, hay bằng {{math|1/''b''}}. Nâng {{mvar|b}} lên lũy thừa 1/2 thì được [[căn bậc hai]] của {{mvar|b}}.

Tổng quát hơn, khi nâng {{mvar|b}} lên lũy thừa [[Số hữu tỉ|hữu tỉ]] {{math|''p''/''q''}} với {{Mvar|p}} và {{Mvar|q}} là số nguyên, ta có:
:<math>b^{p / q} = \sqrt[q]{b^p},</math>

hay căn bậc {{Mvar|q}} của <math>b^p\!\!</math>.

Cuối cùng, mỗi [[số vô tỉ]] {{Math|''y''}} có thể được làm tròn để đưa về các số hữu tỉ. Sử dụng cách này, có thể tính được lũy thừa ''{{mvar|y}}'' của {{mvar|b}}: chẳng hạn <math>\sqrt 2 \approx 1,414 ...</math> và <math>b^{\sqrt 2}</math> được tính gần đúng hơn theo dãy số <math>b^1, b^{1,4}, b^{1,41}, b^{1,414}, ...</math> Những thông tin chi tiết và các công thức có liên quan đều có trong bài viết về [[lũy thừa]].

=== Định nghĩa ===
''Logarit'' cơ số {{mvar|b}} của một số thực dương {{Math|''x''}} là số mũ mà {{mvar|b}} cần phải được nâng lên để có được {{Math|''x''}}. Nói cách khác, logarit cơ số {{mvar|b}} của {{Math|''x''}} là nghiệm {{mvar|y}} của phương trình<ref>{{Citation|last1=Kate|first1=S.K.|last2=Bhapkar|first2=H.R.|title=Basics Of Mathematics|location=Pune|publisher=Technical Publications|isbn=978-81-8431-755-8|year=2009|url={{google books |plainurl=y |id=v4R0GSJtEQ4C|page=1}}}}, chương 1</ref>
:<math>b^y = x</math>
và được ký hiệu là {{math|log<sub>''b''</sub>&nbsp;''x''}}.

Trong phương trình {{math|1=''y'' = log<sub>''b''</sub>&nbsp;''x''}}, giá trị ''{{mvar|y}}'' là câu trả lời cho câu hỏi "{{mvar|b}} cần được nâng lên số mũ nào để có được {{Math|''x''}}?".

=== Ví dụ ===

* {{math|log<sub>2</sub> 16 {{=}} 4}} vì {{math|2<sup>4</sup> {{=}} 2 ×2 × 2 × 2 {{=}} 16}}.
* Logarit có thể là số âm:<math>\quad \log_2 \! \frac{1}{2} = -1 \quad</math>vì<math>\quad 2^{-1} = \frac{1}{2^1} = \frac{1}{2}.</math>
* {{math|log<sub>10</sub>150}} gần bằng 2,176, một số nằm giữa 2 và 3 vì 150 nằm giữa {{math|10<sup>2</sup> {{=}} 100}} và {{math|10<sup>3</sup> {{=}} 1000.}}
* Với mọi cơ số {{mvar|b}}, {{math|log<sub>''b''</sub> {{mvar|b}} {{=}} 1}} và {{math|1=log<sub>''b''</sub> 1 = 0}} vì {{math|''b''<sup>1</sup> {{=}} {{mvar|b}}}} và {{math|''b''<sup>0</sup> {{=}} 1}}.

== Các đẳng thức logarit ==
Các công thức quan trọng sau đây liên hệ các logarit với nhau.<ref>Mọi thông tin có thể được tìm thấy trong {{Harvard citations|last1=Shirali|first1=Shailesh|year=2002|loc=chương 4|nb=yes}}, {{Harvard citations|last1=Downing|first1=Douglas|year=2003|loc=trang 275}} hoặc {{Harvard citations|last1=Kate|last2=Bhapkar|year=2009|loc=trang 1-1|nb=yes}},...</ref>


=== Tích, thương, lũy thừa và căn ===
[[John Napier]] là người phát minh ra logarit. Thuật ngữ "logarit" do ông đề nghị xuất phát từ sự kết hợp hai từ [[Hy Lạp]] λόγoς (đọc là "logos" có nghĩa là tỉ số) và 'αρiθμ ός (đọc là "aritmos" nghĩa là số)
Logarit của một tích là tổng các logarit của các thừa số; logarit của một thương gồm hai số là hiệu logarit của hai số đó. Logarit của một số lũy thừa {{Mvar|p}} bằng {{Mvar|p}} lần logarit của số đó; logarit của căn bậc {{Mvar|p}} là logarit của số đó chia cho {{Mvar|p}}. Bảng dưới đây liệt kê các phép tính logarit cơ bản nêu trên và các ví dụ.<ref name=":0" /> Các đẳng thức đều có được sau khi thay <math>x = b^{\log_b x}</math> hoặc <math>y = b^{\log_b y}</math> ở vế trái của các biểu thức.


{| class="wikitable" style="margin: 0 auto;"
== Tính chất của logarit ==
Cho 2 số dương a và b với <math>a\neq1</math> ta có các tính chất sau:
{|
|<math>\log_{a}(1)=0</math>
|-
|-
! !! Công thức !! Ví dụ
|<math>\log_{a}(a)=1</math>
|-
|-
|<math>a^{\log_{a}b}=b</math>
| Tích||<math>\log_b(x y) = \log_b x + \log_b y</math>
| <math>\log_3 243 = \log_3 (9 \cdot 27) = \log_3 9 + \log_3 27 = 2 + 3 = 5</math>
|-
|-
|<math>\log_a a^\alpha=\alpha</math>
| Thương ||<math>\log_b \!\frac{x}{y} = \log_b x - \log_b y</math>
| <math>\log_2 16 = \log_2 \!\frac{64}{4} = \log_2 64 - \log_2 4 = 6 - 2 = 4</math>
|-
| Lũy thừa ||<math>\log_b\left(x^p\right) = p \log_b x</math>
| <math>\log_2 64 = \log_2 \left(2^6\right) = 6 \log_2 2 = 6</math>
|-
| Căn ||<math>\log_b \sqrt[p]{x} = \frac{\log_b x}{p}</math>
| <math>\log_{10} \sqrt{1000} = \frac{1}{2}\log_{10} 1000 = \frac{3}{2} = 1.5</math>
|}
|}
== Quy tắc tính logarit ==


=== Logarit của một tích ===
=== Đổi số ===
Logarit {{math|log<sub>''b''</sub>''x''}} có thể được tính từ logarit cơ số trung gian '''''{{Mvar|k}}''''' của {{mvar|x}} và {{mvar|b}} theo công thức:
Cho ba số dương ''a, b, c'' với ''a'' ≠ 1, ta có:
:<math> \log_b x = \frac{\log_k x}{\log_k b}.\, </math>
{|
{{Collapse top|title=Giải thích phép tính logarit qua cơ số trung gian|width=80%}}
|<math>\log_{a}(bc)=\log_{a}b + \log_{a}c</math>
Ta đã biết
|}
Nhờ quy tắc này mà nhiều thế kỷ trước các nhà toán học và kỹ thuật có thể sử dụng [[bảng lôgarit|bảng logarit]] để thực hiện [[phép nhân]] hai số thông qua [[phép cộng]] logarit, do phép cộng thì dễ tính hơn phép nhân. [[Danh sách nhà toán học|Nhà toán học]] [[John Napier]] đã phát minh ra phép tính này ở thế kỷ 17.


: <math> x = b^{\log_b x} </math>.
Để sử dụng bảng logarit, người ta thường đưa về logarit cơ số {{nowrap begin}}''a'' = 10{{nowrap end}}, gọi là [[lôgarit thập phân|logarit thập phân]] để thuận tiện cho tra bảng và tính toán. [[Lôgarit tự nhiên|logarit tự nhiên]] lấy [[số e|hằng số e]] (xấp xỉ bằng 2,718) làm cơ số, và nó được sử dụng rộng rãi trong toán thuần túy. [[Lôgarit nhị phân|Logarit nhị phân]] với cơ số bằng 2 được sử dụng trong [[khoa học máy tính]].


Lấy logarit {{math|log<sub>''k''</sub>}} cho cả hai vế của biểu thức, ta được
[[Thang logarit]] cho phép thu hẹp các đại lượng về phạm vi nhỏ hơn. Ví dụ, [[độ Richter]] đo năng lượng của [[động đất]] cũng sử dụng thang đo logarit, [[Savart (đơn vị)|savart]] là đơn vị logarit đo cao độ âm thanh, [[decibel]] là đơn vị logarit đo [[áp suất âm thanh]]. logarit cũng thường gặp trong các công thức khoa học và kỹ thuật, như đo độ phức tạp của thuật toán và [[phân dạng|fractal]], thậm chí trong công thức đếm [[số nguyên tố]].


: <math> \log_k x = \log_k \left(b^{\log_b x}\right) = \log_b x \cdot \log_k b</math>.
=== Logarit của một thương ===
Cho ba số dương ''a, b, c'' với ''a'' ≠ 1, ta có:
{|
|<math>\log_{a}(\frac{b}{c})=\log_{a}b - \log_{a}c</math>
|}
=== Logarit của một lũy thừa ===
Cho hai số dương ''a, b;'' với ''a'' ≠ 1. Với mọi ''α'' ta có: log''<sub>a</sub>b<sup>α</sup>'' = ''α''log''<sub>a</sub>b''


Chia cả hai vế cho <math>\log_k b</math>, ta được:
== Đổi cơ số ==
Cho 3 số thực dương a, b, c với <math>a\neq1</math> và <math>b\neq1</math> ta có: <math>\log_{a}b=\frac{\log_{c}b}{\log_{c}a}</math>


: <math> \log_b x = \frac{\log_k x}{\log_k b}</math>,
=== Hệ quả ===


cho thấy hệ số quy đổi từ một giá trị <math>\log_k</math> đã biết đến giá trị <math>\log_b </math> tương ứng là <math>(\log_k b)^{-1}.</math>
* Cho a và b là 2 số thực dương khác 1, ta có: <math>\log_{a}b=\frac{1}{\log_{b}a}</math>
{{Collapse bottom}}Các máy tính bỏ túi điển hình thường tính logarit cơ số 10 và {{mvar|e}}.<ref>{{Citation|last1=Bernstein|first1=Stephen|last2=Bernstein|first2=Ruth|title=Schaum's outline of theory and problems of elements of statistics. I, Descriptive statistics and probability|publisher=[[McGraw-Hill]]|location=New York|series=Schaum's outline series|isbn=978-0-07-005023-5|year=1999|url=https://archive.org/details/schaumsoutlineof00bern}}, trang&nbsp;21</ref> Logarit cơ số {{mvar|b}} bất kỳ có thể được xác định bằng cách đưa một trong hai logarit đặc biệt này vào công thức trên:
* Cho 2 số thực dương a và b với <math>a\neq1</math> và số thực <math>\alpha</math>, <math>\beta</math> với <math>\alpha\neq0</math> ta có <math>\log_{a^\alpha}b^\beta=\frac{\beta}{\alpha}\log_ab</math>
:<math> \log_b x = \frac{\log_{10} x}{\log_{10} b} = \frac{\log_{e} x}{\log_{e} b}. \,</math>
Cho một số {{mvar|x}} là logarit cơ số {{mvar|b}} của nó {{math|log<sub>''b''</sub>''x''}} với {{mvar|b}} chưa biết, thì {{mvar|b}} được tính bằng:
:<math> b = x^\frac{1}{\log_b x},</math>


bằng cách mũ hóa biểu thức <math> x = b^{\log_b x} </math> lên số mũ<math>\; \tfrac{1}{\log_b x}.</math>
== Logarit thập phân và logarit tự nhiên ==


== Các cơ số thông dụng ==
=== Logarit thập phân ===
Logarit thập phân logarit cơ số 10.
[[Tập tin:Log4.svg|nhỏ|Đồ thị của các hàm logarit cơ số 0,5, 2 và {{Mvar|e}}]]
Trong số các cơ số, có ba cơ số đặc biệt. Chúng gồm {{math|1=''b'' = 10}}, {{math|1=''b'' = [[e (hằng số toán học)|''e'']]}} (hằng số vô tỉ xấp xỉ bằng 2,71828) và {{math|1=''b'' = 2}} (logarit nhị phân). Trong [[giải tích toán học]], logarit cơ số {{mvar|e}} là phổ biến nhất nhờ các tính chất được giải thích dưới đây. Mặt khác, có thể dễ dàng tính logarit cơ số 10 trong [[hệ thập phân]]:<ref>{{Citation|last1=Downing|first1=Douglas|title=Algebra the Easy Way|series=Barron's Educational Series|location=Hauppauge, NY|publisher=Barron's|isbn=978-0-7641-1972-9|year=2003|url=https://archive.org/details/algebraeasyway00down_0}}, chương 17, trang 275</ref>
:<math>\log_{10}(10 x) = \log_{10} 10 + \log_{10} x = 1 + \log_{10} x.\ </math>
Do đó, {{math|log<sub>10</sub>''x''}} có liên hệ với số chữ số của một [[số nguyên]] dương {{mvar|x}}, đó là số nguyên nhỏ nhất lớn hơn {{math|log<sub>10</sub>''x''}}.<ref>{{Citation|last1=Wegener|first1=Ingo|title=Complexity theory: exploring the limits of efficient algorithms|publisher=[[Springer-Verlag]]|location=Berlin, New York|isbn=978-3-540-21045-0|year=2005}}, trang&nbsp;20</ref> Chẳng hạn, {{math|log<sub>10</sub>1430}} gần bằng 3,15. Số nguyên liền sau là 4 và là số chữ số trong số 1430. Logarit tự nhiên và logarit nhị phân thường được dùng trong [[lý thuyết thông tin]], có liên quan đến hai đơn vị cơ bản nhất trong thông tin là nat và [[bit]].<ref>{{citation|title=Information Theory|first=Jan C. A.|last=Van der Lubbe|publisher=Cambridge University Press|year=1997|isbn=978-0-521-46760-5|page=3|url={{google books |plainurl=y |id=tBuI_6MQTcwC|page=3}}}}</ref> Logarit nhị phân cũng được sử dụng trong [[khoa học máy tính]] ([[hệ nhị phân]]); trong [[lý thuyết âm nhạc]] ([[quãng tám]]) và trong [[nhiếp ảnh]] để đo giá trị phơi sáng.<ref>{{citation|title=The Manual of Photography|first1=Elizabeth|last1=Allen|first2=Sophie|last2=Triantaphillidou|publisher=Taylor & Francis|year=2011|isbn=978-0-240-52037-7|page=228|url={{google books |plainurl=y |id=IfWivY3mIgAC|page=228}}}}</ref>


Bảng dưới đây liệt kê các ký hiệu logarit thông dụng và lĩnh vực mà chúng được sử dụng. Một số nơi viết {{math|log''x''}} thay vì {{math|log<sub>''b''</sub>''x''}}, thậm chí ký hiệu {{math|<sup>''b''</sup>log''x''}} cũng tồn tại.<ref>{{Citation|url=http://www.mathe-online.at/mathint/lexikon/l.html|author1=Franz Embacher|author2=Petra Oberhuemer|title=Mathematisches Lexikon|publisher=mathe online: für Schule, Fachhochschule, Universität unde Selbststudium|accessdate=17 June 2020|language=Đức}}</ref> Cột "Ký hiệu ISO" liệt kê các ký hiệu do [[Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế]] khuyến nghị ([[ISO 31-11]]).<ref>{{Citation|title=Guide for the Use of the International System of Units (SI)|first=B.N.|last=Taylor|publisher=Bộ Thương mại Hoa Kỳ|year=1995|url=http://physics.nist.gov/Pubs/SP811/sec10.html#10.1.2|access-date=17 June 2020|archive-url=https://web.archive.org/web/20070629210131/http://physics.nist.gov/Pubs/SP811/sec10.html#10.1.2#10.1.2|archive-date=29 June 2007}}</ref> Ký hiệu {{math|log {{mvar|x}}}} được dùng chung cho cả ba cơ số tùy theo lĩnh vực: trong khoa học máy tính, {{Math|log}} thường có nghĩa là {{math|log<sub>2</sub>}}; trong toán học, {{Math|log}} thường có nghĩa là {{math|log<sub>e</sub>}}.<ref>{{citation|first1=Michael T.|last1=Goodrich|first2=Roberto|last2=Tamassia|title=Algorithm Design: Foundations, Analysis, and Internet Examples|publisher=John Wiley & Sons|year=2002|page=23|quote=One of the interesting and sometimes even surprising aspects of the analysis of data structures and algorithms is the ubiquitous presence of logarithms&nbsp;... As is the custom in the computing literature, we omit writing the base {{mvar|b}} of the logarithm when {{math|1=''b'' = 2}}.}}</ref><ref name=":0" /> Trong các trường hợp còn lại, {{Math|log}} có nghĩa là {{math|log<sub>10</sub>}}.<ref>{{cite book|url={{google books |plainurl=y |id=h6yq_lOr8Z4C|page=288 }}|title=Introduction to Applied Mathematics for Environmental Science|last1=Parkhurst|first1=David F.|publisher=Springer Science & Business Media|year=2007|isbn=978-0-387-34228-3|edition=illustrated|page=288}}</ref>
Đối với logarit cơ số 10 của a, ta có thể ký hiệu log a hay lg a mà không cần ghi cơ số.


{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:1em auto 1em auto;"
=== Logarit tự nhiên ===
|-
{{Bài chi tiết|Logarit tự nhiên}}Logarit tự nhiên là logarit của cơ số [[E (số)|e]].
! scope="col"|Cơ số {{mvar|b}}
! scope="col"|Tên gọi của log<sub>''b''</sub>''x''
! scope="col"|Ký hiệu ISO
! scope="col"|Các ký hiệu khác
! scope="col"|Sử dụng trong
|-
! scope="row"|2
| logarit nhị phân
| {{math|lb {{mvar|x}}}}<ref name="gullberg">{{Citation|title=Mathematics: from the birth of numbers.|author=Gullberg, Jan|location=New York|publisher=W. W. Norton & Co|year=1997|isbn=978-0-393-04002-9|url=https://archive.org/details/mathematicsfromb1997gull}}</ref>
| {{math|ld {{mvar|x}}}}, {{math|log {{mvar|x}}}}, {{math|lg {{mvar|x}}}},<ref>Xem chú thích 1 trong {{cite journal|last1=Perl|first1=Yehoshua|last2=Reingold|first2=Edward M.|date=December 1977|title=Understanding the complexity of interpolation search|journal=Information Processing Letters|volume=6|issue=6|pages=219–22|doi=10.1016/0020-0190(77)90072-2}}</ref> {{math|log<sub>2</sub>''x''}}
| [[khoa học máy tính]], [[lý thuyết thông tin]], [[lý thuyết âm nhạc]], [[nhiếp ảnh]]
|-
! scope="row"|{{mvar|e}}
| logarit tự nhiên
| {{math|ln {{mvar|x}}}}
| {{math|log {{mvar|x}}}}<br />(trong toán học<ref name=":0" /><ref>Xem Theorem 3.29 trong {{cite book|url=https://archive.org/details/principlesofmath00rudi|title=Principles of mathematical analysis|last1=Rudin|first1=Walter|date=1984|publisher=McGraw-Hill International|isbn=978-0-07-085613-4|edition=3rd ed., International student|location=Auckland}}</ref> và nhiều [[ngôn ngữ lập trình]])
| toán học, vật lý, hóa học, <br />[[thống kê]], kinh tế học, lý thuyết thông tin và kỹ thuật
|-
! scope="row"|10
| logarit thập phân
| {{math|lg {{mvar|x}}}}
| {{math|log {{mvar|x}}}}, {{math|log<sub>10</sub>''x''}}<br />(trong kỹ thuật, sinh học, thiên văn học)
| nhiều lĩnh vực trong kỹ thuật (xem [[decibel]] và xem dưới đây), <br />bảng logarit, máy tính bỏ túi, [[phổ học]]
|}


== Lịch sử ==
Ký hiệu ln a
Lịch sử logarit bắt đầu vào thế kỷ 17 tại châu Âu, khi một hàm mới được phát hiện ra đã làm mở rộng lĩnh vực giải tích vượt ra khỏi phạm vi tính toán đại số thông thường. Thuật ngữ logarit xuất hiện lần đầu tiên khi [[John Napier]] công bố cuốn sách ''Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio'' vào năm 1614.<ref>{{citation|first=John|last=Napier|author-link=John Napier|title=Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio|language=Latin|location=Edinburgh, Scotland|publisher=Andrew Hart|year=1614|url=http://gdz.sub.uni-goettingen.de/dms/load/img/?PPN=PPN527914568&DMDID=DMDLOG_0001&LOGID=LOG_0001&PHYSID=PHYS_0001}}</ref><ref name=":1" /> Trước Napier, đã có nhiều kỹ thuật khác với phạm vi tương tự, như prosthaphaeresis hay dùng bảng số (do Jost Bürgi phát triển khoảng năm 1600).<ref name="folkerts">{{citation|first1=Menso|last1=Folkerts|first2=Dieter|last2=Launert|first3=Andreas|last3=Thom|date=October 2015|title=Jost Bürgi's Method for Calculating Sines|arxiv=1510.03180|bibcode=2015arXiv151003180F}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Burgi.html|title=Burgi biography|tác giả=|họ=|tên=|ngày=|website=www-history.mcs.st-and.ac.uk|url lưu trữ=|ngày lưu trữ=|url hỏng=|access-date=17 June 2020}}</ref>


Logarit thập phân của một số là số mũ khi đưa số đó về dạng [[lũy thừa của 10]].<ref>William Gardner (1742) ''Tables of Logarithms''</ref> Những logarit thực đầu tiên là các phương pháp cảm tính để chuyển phép nhân thành phép cộng, tạo điều kiện để tính toán nhanh chóng. Một vài trong số đó có áp dụng bảng số được suy ra từ các [[đẳng thức lượng giác]].<ref>Enrique Gonzales-Velasco (2011) ''Journey through Mathematics – Creative Episodes in its History'', §2.4 Hyperbolic logarithms, trang 117, Springer {{isbn|978-0-387-92153-2}}</ref>
== Hàm số logarit ==
Hàm số <math>y=\log_ax</math> với a là số thực dương khác 1 là hàm số logarit cơ số a. Đây là dạng sơ cấp của hàm số logarit.


Quá trình tìm ra một hàm số, sau này được gọi là [[logarit tự nhiên]], bắt đầu khi Grégoire de Saint-Vincent, một tu sĩ dòng Tên người Bỉ sống tại Prague, cố gắng xác định phép cầu phương của một [[hyperbol]] vuông. [[Archimedes]] đã viết cuốn ''The Quadrature of the Parabola'' vào thế kỷ 3 trước Công nguyên, nhưng người ta vẫn chưa biết được cầu phương của hyperbol đến khi Saint-Vincent công bố kết quả vào năm 1647. Sự liên quan của logarit giữa [[cấp số nhân]] và [[cấp số cộng]] đã thúc đẩy A. A. de Sarasa liên kết cầu phương của Saint-Vincent và logarit trong prosthaphaeresis, dẫn đến thuật ngữ "logarit hyperbol", một thuật ngữ đồng nghĩa với logarit tự nhiên. Về sau, hàm số mới này được [[Christiaan Huygens]] và [[James Gregory (nhà toán học)|James Gregory]] đánh giá cao. Ký hiệu Log y do [[Gottfried Leibniz|Leibniz]] tìm ra vào năm 1675 và một năm sau, ông liên hệ nó với tích phân <math>\int \frac{dy}{y} .</math><ref>[[Florian Cajori]] (1913) "History of the exponential and logarithm concepts", [[American Mathematical Monthly]] 20: 5, 35, 75, 107, 148, 173, 205.</ref>
=== Khảo sát hàm số logarit sơ cấp ===
Tập xác định <math>D=(0;+\infty)</math>


== Bảng logarit, thước loga và ứng dụng lịch sử ==
Đạo hàm <math>y'=\frac{1}{x\ln(a)}</math>
[[File:Logarithms_Britannica_1797.png|liên_kết=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Logarithms_Britannica_1797.png|thế=|nhỏ|360x360px|Khái niệm logarit trong ''[[Encyclopædia Britannica]]'' (năm 1797)]]
Bằng cách đơn giản hóa các phép tính phức tạp trước khi máy tính ra đời, logarit đóng góp đáng kể cho sự phát triển của khoa học, đặc biệt là [[thiên văn học]]. Nó cũng đóng góp cho sự tiến bộ của [[khảo sát xây dựng]], hàng hải thiên văn và nhiều lĩnh vực khác. [[Pierre-Simon Laplace]] đã gọi logarit là


::"...[một] thủ thuật đáng ngưỡng mộ mà, bằng cách rút ngắn một công việc vài tháng xuống vài ngày, nhân đôi cuộc đời của một nhà thiên văn, và loại bỏ những sai sót ghê tởm không thể tách rời từ những phép tính dài."<ref>{{Citation |last1=Bryant |first1=Walter W. |title=A History of Astronomy |url=https://archive.org/stream/ahistoryastrono01bryagoog#page/n72/mode/2up |publisher=Methuen & Co|location=London |year=1907 }}, p.&nbsp;44</ref>
Hàm số đồng biến trên D nếu a>1 và nghịch biến trên D nếu 0<a<1
Vì hàm {{math|''f''(''x'') {{=}} {{mvar|b}}<sup>''x''</sup>}} là hàm nghịch đảo của {{math|log<sub>''b''</sub>&nbsp;''x''}} nên nó còn được gọi là '''antilogarit'''.<ref>{{Citation|editor1-last=Abramowitz|editor1-first=Milton|editor1-link=|editor2-last=Stegun|editor2-first=Irene A.|editor2-link=|title=Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables|publisher=[[Dover Publications]]|location=New York|isbn=978-0-486-61272-0|edition=10th|year=1972|title-link=}}, chương 4.7., trang&nbsp;89</ref>


=== Bảng log ===
=== Đồ thị hàm số logarit sơ cấp ===
Một công cụ góp phần lớn trong việc ứng dụng logarit vào thực tế là ''bảng logarit''.<ref>{{Citation|last1=Campbell-Kelly|first1=Martin|title=The history of mathematical tables: from Sumer to spreadsheets|title-link=|publisher=[[Oxford University Press]]|series=Oxford scholarship online|isbn=978-0-19-850841-0|year=2003}}, chương 2</ref> Bảng đầu tiên như vậy do [[Henry Briggs (nhà toán học)|Henry Briggs]] biên soạn năm 1617 ngay sau phát minh của Napier, sử dụng cơ số 10. Bảng đầu tiên của Briggs chứa logarit thập phân của tất cả các số nguyên từ 1 đến 1000, với độ chính xác đến 14 chữ số, tiếp đó là các bảng số trong phạm vi lớn hơn. Các bảng số này liệt kê các giá trị của {{math|log<sub>10</sub>''x''}} với mỗi số {{mvar|x}} nằm trong một giới hạn nhất định. Logarit cơ số 10 được sử dụng nhiều nhất trong tính toán, dẫn đến thuật ngữ logarit thập phân, vì logarit của các số sai khác nhau 10 lần khác nhau bởi các số nguyên. Logarit thập phân của {{mvar|x}} có thể được chia thành [[phần nguyên]] và phần thập phân. Bảng logarit chỉ chứa phần thập phân, vì dễ dàng xác định được phần nguyên bằng cách đếm số chữ số từ dấu thập phân.<ref>{{Citation|last1=Spiegel|first1=Murray R.|last2=Moyer|first2=R.E.|title=Schaum's outline of college algebra|publisher=[[McGraw-Hill]]|location=New York|series=Schaum's outline series|isbn=978-0-07-145227-4|year=2006}}, trang&nbsp;264</ref> Phần nguyên của {{math|10 · {{mvar|x}}}} là 1 cộng cho phần nguyên của {{mvar|x}}, còn phần thập phân là giống nhau. Bằng cách sử dụng bảng logarit ba chữ số, logarit của 3542 được ước lượng bởi
[[Tập tin:Đồ thị.png|nhỏ|Đồ thị hàm số <math>y=log_a x</math>]]
:<math>\log_{10}3542 = \log_{10}(1000 \cdot 3,542) = 3 + \log_{10}3,542 \approx 3 + \log_{10}3,54 \, </math>
Đồ thị hàm số <math>y=\log_ax</math> có tính chất sau:
Nếu dùng [[nội suy]] thì độ chính xác cao hơn nhiều:
:<math>\log_{10}3542 \approx 3 + \log_{10}3,54 + 0.2 (\log_{10}3,55-\log_{10}3,54)\ </math>
Giá trị của {{math|10<sup>''x''</sup>}} có thể được xác định bằng cách tra cứu ngược lại từ bảng số trên, vì logarit là một [[hàm số đơn điệu]].


=== Tính toán ===
* Nằm bên phải trục Oy và nhận trục Oy làm tiệm cận đứng
Tích và thương của hai số dương {{Mvar|c}} và ''{{Mvar|d}}'' thường được tính bằng tổng và hiệu các logarit của chúng. Tích ''{{Mvar|cd}}'' hoặc thương {{Mvar|c/d}} có được bằng cách tra cứu antilogarit của tổng và tích đó trong cùng bảng số:
* Đi qua điểm A(1;0) và B(a;1)
:<math> c d = 10^{\ \log_{10} c} \, 10^{\ \log_{10} d} = 10^{\ \log_{10} c + \ \log_{10} d} \,</math>
:<math>\frac c d = c d^{-1} = 10^{\ \log_{10} c - \ \log_{10} d}. \,</math>
Đối với các phép tính toán thông thường, nếu yêu cầu độ chính xác cao, việc tra cứu hai logarit, tính tổng hoặc hiệu của chúng rồi tra cứu antilogarit nhanh hơn rất nhiều so với khi nhân bằng các công cụ trước đây như prosthaphaeresis (vốn phụ thuộc vào [[đẳng thức lượng giác]]).


Phép tính lũy thừa và căn được đưa về phép nhân hoặc chia và tra cứu bởi
== Xem thêm ==
:<math>c^d = \left(10^{\ \log_{10} c}\right)^d = 10^{d \ \log_{10} c} \,</math>
:<math>\sqrt[d]{c} = c^\frac{1}{d} = 10^{\frac{1}{d} \ \log_{10} c}. \,</math>
Các bảng số chứa logarit thập phân của các [[hàm lượng giác]] tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán lượng giác.


=== Thước loga ===
Một ứng dụng quan trọng khác của logarit là [[thước loga]], một cặp thước chia độ theo logarit được sử dụng trong tính toán. Tiền thân của nó, thước Gunter, được phát minh ngay sau công bố của Napier. [[William Oughtred]] sau đó đã phát triển nó lên thành thước loga, một cặp thước logarit có thể trượt lẫn nhau. Các số được đặt trên thước với khoảng cách về độ dài tỉ lệ thuận với hiệu các logarit của chúng. Khi trượt thước bên trên tức là ta đã cộng cơ học các logarit với nhau như hình minh họa:
[[File:Slide_rule_example2_with_labels.svg|liên_kết=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Slide_rule_example2_with_labels.svg|giữa|nhỏ|550x550px|Sơ đồ miêu tả thước loga. Bắt đầu từ vị trí 2 ở thước bên dưới, cộng khoảng cách đến 3 ở thước bên trên để đạt tích bằng 6. Thước loga hoạt động được vì nó được chia độ sao cho khoảng cách độ dài từ 1 đến {{mvar|x}} tỉ lệ thuận với logarit của {{mvar|x}}.]]
Ví dụ, cộng khoảng cách từ 1 đến 2 ở thước bên dưới với khoảng cách từ 1 đến 3 ở thước bên trên cho tích của chúng bằng 6. Thước loga từng là một công cụ tính toán thiết yếu của các nhà khoa học cho đến những năm 1970, vì nó cho phép tính toán nhanh hơn nhiều so với kỹ thuật tra bảng số.<ref name="ReferenceA">{{Harvard citations|last1=Maor|year=2009|nb=yes|loc=chương 1, 13}}</ref>

== Xem thêm ==
* [[Phép cộng]]
* [[Phép cộng]]
* [[Phép trừ]]
* [[Phép trừ]]
Dòng 94: Dòng 192:


== Tham khảo ==
== Tham khảo ==
{{Tham khảo|2}}
Nhà xuất bản giáo dục - Bộ giáo dục và đào tạo - Sách giáo khoa Giải tích 12


== Liên kết ngoài ==
Nhà xuất bản giáo dục - Bộ giáo dục và đào tạo - Sách giáo khoa Giải tích 12 Nâng cao{{Tham khảo|2}}
{{Wiktionary|lôgarit}}


== Liên kết ngoài ==
{{Wiktionary|lôgarit}}{{Hệ vi thừa}}{{thể loại Commons}}
* {{chú thích|author=Colin Byfleet|url=http://mediasite.oddl.fsu.edu/mediasite/Viewer/?peid=003298f9a02f468c8351c50488d6c479|title=Educational video on logarithms|accessdate=9 tháng 4 năm 2011}}
* {{chú thích|author=Colin Byfleet|url=http://mediasite.oddl.fsu.edu/mediasite/Viewer/?peid=003298f9a02f468c8351c50488d6c479|title=Educational video on logarithms|accessdate=9 tháng 4 năm 2011}}
* {{chú thích|author=Edward Wright|url=http://johnnapier.com/table_of_logarithms_001.htm|title=Translation of Napier's work on logarithms|accessdate=9 tháng 4 năm 2011}}
*{{chú thích|author=Edward Wright|url=http://johnnapier.com/table_of_logarithms_001.htm|title=Translation of Napier's work on logarithms|accessdate=9 tháng 4 năm 2011}}
{{Hệ vi thừa}}{{thể loại Commons}}<br />

[[Thể loại:Lôgarit]]
[[Thể loại:Lôgarit]]
[[Thể loại:Hàm toán học]]
[[Thể loại:Hàm toán học]]

Phiên bản lúc 15:55, ngày 17 tháng 6 năm 2020

Đồ thị của ba hàm số logarit phổ biến nhất. Các điểm đặc biệt logb b = 1 được biểu diễn bằng đường đứt đoạn, và cả ba đồ thị cắt nhau tại logb 1 = 0.
Graph showing a logarithmic curve, crossing the x-axis at x= 1 and approaching minus infinity along the y-axis.
Đồ thị của hàm logarit cơ số 2 cắt trục hoành tại x = 1 và đi qua các điểm (2, 1), (4, 2), và (8, 3), miêu tả rằng, chẳng hạn, log2(8) = 323 = 8. Khi x càng gần 0 thì đồ thị về gần với trục tung nhưng không giao với nó.

Trong toán học, logarit (tiếng Anh: logarithm) là hàm ngược của lũy thừa. Điều đó có nghĩa logarit của một số xsố mũ mà một giá trị cố định, gọi là cơ số b, phải được nâng lên lũy thừa để tạo ra số x đó. Trong trường hợp đơn giản nhất, logarit là đếm số lần lặp đi lặp lại của phép nhân; ví dụ, vì 1000 = 10 × 10 × 10 = 103 nên logarit cơ số 10 của 10003 hay log10(1000) = 3. Logarit cơ số b của x được ký hiệu là logb (x), logbx hay log x.

Tổng quát hơn, phép lũy thừa cho phép một số thực dương bất kỳ được nâng lên lũy thừa với một số mũ thực và kết quả thu được luôn là một số dương, do đó với hai số thực dương bx bất kỳ, trong đó b khác 1, logb (x) luôn có giá trị bằng một số thực y duy nhất. Một cách rõ ràng hơn, định nghĩa liên hệ giữa lũy thừa và logarit là:

khi và chỉ khi.

Ví dụ, log2 64 = 626 = 64.

Logarit cơ số 10 (b = 10) được gọi là logarit thập phân và có nhiều ứng dụng trong khoa học và kỹ thuật. Logarit tự nhiên có cơ số là hằng số e (b ≈ 2,718), được ứng dụng phổ biến nhất trong toán học và vật lýtích phânđạo hàm của nó đơn giản hơn. Logarit nhị phân sử dụng cơ số 2 (b = 2) và được sử dụng nhiều nhất trong khoa học máy tính.[1]

Logarit do John Napier giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1614 như là một cách để đơn giản hóa việc tính toán.[2] Về sau, nhiều nhà khoa học đã sử dụng nó để hỗ trợ trong tính toán, đặc biệt là các phép tính yêu cầu độ chính xác cao. Bằng cách sử dụng bảng số logarit, các phép nhân phức tạp với rất nhiều chữ số được thay bằng việc tra cứu bảng số và thực hiện các phép cộng đơn giản. Đó là vì logarit của một tích bằng tổng các logarit của các thừa số:

trong đó b, xy đều là số dương và b ≠ 1. Thước loga, vốn được dựa trên logarit, cho phép tính nhanh mà không cần bảng số nhưng với độ chính xác thấp hơn. Ký hiệu logarit như ngày nay đến từ Leonhard Euler, người đã liên hệ nó với hàm mũ vào thế kỷ 18 và cũng là người tìm ra chữ e như là cơ số của logarit tự nhiên.[3]

Thang đo logarit đưa các đại lượng mở về phạm vi nhỏ hơn. Chẳng hạn, decibel (dB) là đơn vị dùng để đưa tỷ lệ logarit, phần lớn cho công suất tín hiệu và biên độ (trong đó có áp suất âm thanh). Trong hóa học, pH là chỉ số logarit để đo độ axit hay bazơ của dung dịch nước. Logarit cũng phổ biến trong công thức khoa học, trong việc nghiên cứu độ phức tạp của tính toán hay các phân dạng. Nó hỗ trợ mô tả tỷ lệ tần số của các quãng trong âm nhạc, xuất hiện trong công thức đếm số nguyên tố hay tính gần đúng một giai thừa,...

Logarit phức là hàm ngược của hàm lũy thừa trong số phức. Một dạng khác của logarit là logarit rời rạc và có ứng dụng trong mật mã hóa khóa công khai.

Ý tưởng và định nghĩa

Phép cộng, phép nhânlũy thừa là ba trong những phép toán cơ bản nhất. Phép ngược lại của phép cộng là phép trừ: nếu ta cộng thêm 5 vào x để có x + 5, để đảo ngược thao tác này ta phải trừ x + 5 cho 5. Phép ngược lại của phép nhân là phép chia: nếu ta nhân x cho 5 để có 5x thì sau đó, ta phải chia 5x cho 5 để có x. Tương tự, logarit chính là phép toán ngược lại của lũy thừa. Lũy thừa là khi ta nâng một số lên một số mũ nhất định. Chẳng hạn, 2 nâng lên lũy thừa 3 bằng 8:

Trường hợp tổng quát là khi ta nâng một số b lên lũy thừa y để có x:

Số b ở đây được gọi là cơ số. Cơ số là số được nâng lên một số mũ nhất định, và trong ví dụ trên, cơ số này bằng 2. Để biểu diễn b theo x, ta lấy căn bậc y cả hai vế để có:

Biểu diễn y theo x khó hơn rất nhiều, nhưng logarit cho phép ta thực hiện điều này:

Biểu thức trên có nghĩa là y là lũy thừa mà ta cần phải nâng b lên để có được x. Đây là phép ngược lại của lũy thừa vì logarit của x cho ta biết được số mũ mà cơ số được nâng lên.

Lũy thừa

Đề mục con này tóm tắt ngắn gọn về phép lũy thừa, một bước cơ bản để hiểu được bản chất của logarit. Nâng b lên lũy thừa n, với n là một số tự nhiên, tức là ta đã thực hiện phép nhân n thừa số với nhau, mỗi thừa số bằng b. Lũy thừa n của b được ký hiệu là bn:

Lũy thừa có thể được mở rộng thành dạng by, với b là một số dương và số mũ y là một số thực bất kỳ.[4] Chẳng hạn b−1 là nghịch đảo của b, hay bằng 1/b. Nâng b lên lũy thừa 1/2 thì được căn bậc hai của b.

Tổng quát hơn, khi nâng b lên lũy thừa hữu tỉ p/q với pq là số nguyên, ta có:

hay căn bậc q của .

Cuối cùng, mỗi số vô tỉ y có thể được làm tròn để đưa về các số hữu tỉ. Sử dụng cách này, có thể tính được lũy thừa y của b: chẳng hạn được tính gần đúng hơn theo dãy số Những thông tin chi tiết và các công thức có liên quan đều có trong bài viết về lũy thừa.

Định nghĩa

Logarit cơ số b của một số thực dương x là số mũ mà b cần phải được nâng lên để có được x. Nói cách khác, logarit cơ số b của x là nghiệm y của phương trình[5]

và được ký hiệu là logb x.

Trong phương trình y = logb x, giá trị y là câu trả lời cho câu hỏi "b cần được nâng lên số mũ nào để có được x?".

Ví dụ

  • log2 16 = 424 = 2 ×2 × 2 × 2 = 16.
  • Logarit có thể là số âm:
  • log10150 gần bằng 2,176, một số nằm giữa 2 và 3 vì 150 nằm giữa 102 = 100103 = 1000.
  • Với mọi cơ số b, logb b = 1logb 1 = 0b1 = bb0 = 1.

Các đẳng thức logarit

Các công thức quan trọng sau đây liên hệ các logarit với nhau.[6]

Tích, thương, lũy thừa và căn

Logarit của một tích là tổng các logarit của các thừa số; logarit của một thương gồm hai số là hiệu logarit của hai số đó. Logarit của một số lũy thừa p bằng p lần logarit của số đó; logarit của căn bậc p là logarit của số đó chia cho p. Bảng dưới đây liệt kê các phép tính logarit cơ bản nêu trên và các ví dụ.[1] Các đẳng thức đều có được sau khi thay hoặc ở vế trái của các biểu thức.

Công thức Ví dụ
Tích
Thương
Lũy thừa
Căn

Đổi cơ số

Logarit logbx có thể được tính từ logarit cơ số trung gian k của xb theo công thức:

Giải thích phép tính logarit qua cơ số trung gian

Ta đã biết

.

Lấy logarit logk cho cả hai vế của biểu thức, ta được

.

Chia cả hai vế cho , ta được:

,

cho thấy hệ số quy đổi từ một giá trị đã biết đến giá trị tương ứng là

Các máy tính bỏ túi điển hình thường tính logarit cơ số 10 và e.[7] Logarit cơ số b bất kỳ có thể được xác định bằng cách đưa một trong hai logarit đặc biệt này vào công thức trên:

Cho một số x là logarit cơ số b của nó logbx với b chưa biết, thì b được tính bằng:

bằng cách mũ hóa biểu thức lên số mũ

Các cơ số thông dụng

Đồ thị của các hàm logarit cơ số 0,5, 2 và e

Trong số các cơ số, có ba cơ số đặc biệt. Chúng gồm b = 10, b = e (hằng số vô tỉ xấp xỉ bằng 2,71828) và b = 2 (logarit nhị phân). Trong giải tích toán học, logarit cơ số e là phổ biến nhất nhờ các tính chất được giải thích dưới đây. Mặt khác, có thể dễ dàng tính logarit cơ số 10 trong hệ thập phân:[8]

Do đó, log10x có liên hệ với số chữ số của một số nguyên dương x, đó là số nguyên nhỏ nhất lớn hơn log10x.[9] Chẳng hạn, log101430 gần bằng 3,15. Số nguyên liền sau là 4 và là số chữ số trong số 1430. Logarit tự nhiên và logarit nhị phân thường được dùng trong lý thuyết thông tin, có liên quan đến hai đơn vị cơ bản nhất trong thông tin là nat và bit.[10] Logarit nhị phân cũng được sử dụng trong khoa học máy tính (hệ nhị phân); trong lý thuyết âm nhạc (quãng tám) và trong nhiếp ảnh để đo giá trị phơi sáng.[11]

Bảng dưới đây liệt kê các ký hiệu logarit thông dụng và lĩnh vực mà chúng được sử dụng. Một số nơi viết logx thay vì logbx, thậm chí ký hiệu blogx cũng tồn tại.[12] Cột "Ký hiệu ISO" liệt kê các ký hiệu do Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế khuyến nghị (ISO 31-11).[13] Ký hiệu log x được dùng chung cho cả ba cơ số tùy theo lĩnh vực: trong khoa học máy tính, log thường có nghĩa là log2; trong toán học, log thường có nghĩa là loge.[14][1] Trong các trường hợp còn lại, log có nghĩa là log10.[15]

Cơ số b Tên gọi của logbx Ký hiệu ISO Các ký hiệu khác Sử dụng trong
2 logarit nhị phân lb x[16] ld x, log x, lg x,[17] log2x khoa học máy tính, lý thuyết thông tin, lý thuyết âm nhạc, nhiếp ảnh
e logarit tự nhiên ln x log x
(trong toán học[1][18] và nhiều ngôn ngữ lập trình)
toán học, vật lý, hóa học,
thống kê, kinh tế học, lý thuyết thông tin và kỹ thuật
10 logarit thập phân lg x log x, log10x
(trong kỹ thuật, sinh học, thiên văn học)
nhiều lĩnh vực trong kỹ thuật (xem decibel và xem dưới đây),
bảng logarit, máy tính bỏ túi, phổ học

Lịch sử

Lịch sử logarit bắt đầu vào thế kỷ 17 tại châu Âu, khi một hàm mới được phát hiện ra đã làm mở rộng lĩnh vực giải tích vượt ra khỏi phạm vi tính toán đại số thông thường. Thuật ngữ logarit xuất hiện lần đầu tiên khi John Napier công bố cuốn sách Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio vào năm 1614.[19][2] Trước Napier, đã có nhiều kỹ thuật khác với phạm vi tương tự, như prosthaphaeresis hay dùng bảng số (do Jost Bürgi phát triển khoảng năm 1600).[20][21]

Logarit thập phân của một số là số mũ khi đưa số đó về dạng lũy thừa của 10.[22] Những logarit thực đầu tiên là các phương pháp cảm tính để chuyển phép nhân thành phép cộng, tạo điều kiện để tính toán nhanh chóng. Một vài trong số đó có áp dụng bảng số được suy ra từ các đẳng thức lượng giác.[23]

Quá trình tìm ra một hàm số, sau này được gọi là logarit tự nhiên, bắt đầu khi Grégoire de Saint-Vincent, một tu sĩ dòng Tên người Bỉ sống tại Prague, cố gắng xác định phép cầu phương của một hyperbol vuông. Archimedes đã viết cuốn The Quadrature of the Parabola vào thế kỷ 3 trước Công nguyên, nhưng người ta vẫn chưa biết được cầu phương của hyperbol đến khi Saint-Vincent công bố kết quả vào năm 1647. Sự liên quan của logarit giữa cấp số nhâncấp số cộng đã thúc đẩy A. A. de Sarasa liên kết cầu phương của Saint-Vincent và logarit trong prosthaphaeresis, dẫn đến thuật ngữ "logarit hyperbol", một thuật ngữ đồng nghĩa với logarit tự nhiên. Về sau, hàm số mới này được Christiaan HuygensJames Gregory đánh giá cao. Ký hiệu Log y do Leibniz tìm ra vào năm 1675 và một năm sau, ông liên hệ nó với tích phân [24]

Bảng logarit, thước loga và ứng dụng lịch sử

Khái niệm logarit trong Encyclopædia Britannica (năm 1797)

Bằng cách đơn giản hóa các phép tính phức tạp trước khi máy tính ra đời, logarit đóng góp đáng kể cho sự phát triển của khoa học, đặc biệt là thiên văn học. Nó cũng đóng góp cho sự tiến bộ của khảo sát xây dựng, hàng hải thiên văn và nhiều lĩnh vực khác. Pierre-Simon Laplace đã gọi logarit là

"...[một] thủ thuật đáng ngưỡng mộ mà, bằng cách rút ngắn một công việc vài tháng xuống vài ngày, nhân đôi cuộc đời của một nhà thiên văn, và loại bỏ những sai sót ghê tởm không thể tách rời từ những phép tính dài."[25]

Vì hàm f(x) = bx là hàm nghịch đảo của logb x nên nó còn được gọi là antilogarit.[26]

Bảng log

Một công cụ góp phần lớn trong việc ứng dụng logarit vào thực tế là bảng logarit.[27] Bảng đầu tiên như vậy do Henry Briggs biên soạn năm 1617 ngay sau phát minh của Napier, sử dụng cơ số 10. Bảng đầu tiên của Briggs chứa logarit thập phân của tất cả các số nguyên từ 1 đến 1000, với độ chính xác đến 14 chữ số, tiếp đó là các bảng số trong phạm vi lớn hơn. Các bảng số này liệt kê các giá trị của log10x với mỗi số x nằm trong một giới hạn nhất định. Logarit cơ số 10 được sử dụng nhiều nhất trong tính toán, dẫn đến thuật ngữ logarit thập phân, vì logarit của các số sai khác nhau 10 lần khác nhau bởi các số nguyên. Logarit thập phân của x có thể được chia thành phần nguyên và phần thập phân. Bảng logarit chỉ chứa phần thập phân, vì dễ dàng xác định được phần nguyên bằng cách đếm số chữ số từ dấu thập phân.[28] Phần nguyên của 10 · x là 1 cộng cho phần nguyên của x, còn phần thập phân là giống nhau. Bằng cách sử dụng bảng logarit ba chữ số, logarit của 3542 được ước lượng bởi

Nếu dùng nội suy thì độ chính xác cao hơn nhiều:

Giá trị của 10x có thể được xác định bằng cách tra cứu ngược lại từ bảng số trên, vì logarit là một hàm số đơn điệu.

Tính toán

Tích và thương của hai số dương cd thường được tính bằng tổng và hiệu các logarit của chúng. Tích cd hoặc thương c/d có được bằng cách tra cứu antilogarit của tổng và tích đó trong cùng bảng số:

Đối với các phép tính toán thông thường, nếu yêu cầu độ chính xác cao, việc tra cứu hai logarit, tính tổng hoặc hiệu của chúng rồi tra cứu antilogarit nhanh hơn rất nhiều so với khi nhân bằng các công cụ trước đây như prosthaphaeresis (vốn phụ thuộc vào đẳng thức lượng giác).

Phép tính lũy thừa và căn được đưa về phép nhân hoặc chia và tra cứu bởi

Các bảng số chứa logarit thập phân của các hàm lượng giác tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán lượng giác.

Thước loga

Một ứng dụng quan trọng khác của logarit là thước loga, một cặp thước chia độ theo logarit được sử dụng trong tính toán. Tiền thân của nó, thước Gunter, được phát minh ngay sau công bố của Napier. William Oughtred sau đó đã phát triển nó lên thành thước loga, một cặp thước logarit có thể trượt lẫn nhau. Các số được đặt trên thước với khoảng cách về độ dài tỉ lệ thuận với hiệu các logarit của chúng. Khi trượt thước bên trên tức là ta đã cộng cơ học các logarit với nhau như hình minh họa:

Sơ đồ miêu tả thước loga. Bắt đầu từ vị trí 2 ở thước bên dưới, cộng khoảng cách đến 3 ở thước bên trên để đạt tích bằng 6. Thước loga hoạt động được vì nó được chia độ sao cho khoảng cách độ dài từ 1 đến x tỉ lệ thuận với logarit của x.

Ví dụ, cộng khoảng cách từ 1 đến 2 ở thước bên dưới với khoảng cách từ 1 đến 3 ở thước bên trên cho tích của chúng bằng 6. Thước loga từng là một công cụ tính toán thiết yếu của các nhà khoa học cho đến những năm 1970, vì nó cho phép tính toán nhanh hơn nhiều so với kỹ thuật tra bảng số.[29]

Xem thêm

Tham khảo

  1. ^ a b c d “The Ultimate Guide to Logarithm — Theory & Applications”. Math Vault. 8 tháng 5 năm 2016.
  2. ^ a b Hobson, Ernest William (1914), John Napier and the invention of logarithms, 1614, Cambridge: The University Press
  3. ^ Remmert, Reinhold. (1991). Theory of complex functions. New York: Springer-Verlag. ISBN 0387971955. OCLC 21118309.
  4. ^ Shirali, Shailesh (2002), A Primer on Logarithms, Hyderabad: Universities Press, ISBN 978-81-7371-414-6, đặc biệt chương 2
  5. ^ Kate, S.K.; Bhapkar, H.R. (2009), Basics Of Mathematics, Pune: Technical Publications, ISBN 978-81-8431-755-8, chương 1
  6. ^ Mọi thông tin có thể được tìm thấy trong Shailesh Shirali 2002, chương 4, (Douglas Downing 2003, trang 275) hoặc Kate & Bhapkar 2009, trang 1-1,...
  7. ^ Bernstein, Stephen; Bernstein, Ruth (1999), Schaum's outline of theory and problems of elements of statistics. I, Descriptive statistics and probability, Schaum's outline series, New York: McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-005023-5, trang 21
  8. ^ Downing, Douglas (2003), Algebra the Easy Way, Barron's Educational Series, Hauppauge, NY: Barron's, ISBN 978-0-7641-1972-9, chương 17, trang 275
  9. ^ Wegener, Ingo (2005), Complexity theory: exploring the limits of efficient algorithms, Berlin, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-21045-0, trang 20
  10. ^ Van der Lubbe, Jan C. A. (1997), Information Theory, Cambridge University Press, tr. 3, ISBN 978-0-521-46760-5
  11. ^ Allen, Elizabeth; Triantaphillidou, Sophie (2011), The Manual of Photography, Taylor & Francis, tr. 228, ISBN 978-0-240-52037-7
  12. ^ Franz Embacher; Petra Oberhuemer, Mathematisches Lexikon (bằng tiếng Đức), mathe online: für Schule, Fachhochschule, Universität unde Selbststudium, truy cập ngày 17 tháng 6 năm 2020Quản lý CS1: ngôn ngữ không rõ (liên kết)
  13. ^ Taylor, B.N. (1995), Guide for the Use of the International System of Units (SI), Bộ Thương mại Hoa Kỳ, Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 6 năm 2007, truy cập ngày 17 tháng 6 năm 2020
  14. ^ Goodrich, Michael T.; Tamassia, Roberto (2002), Algorithm Design: Foundations, Analysis, and Internet Examples, John Wiley & Sons, tr. 23, One of the interesting and sometimes even surprising aspects of the analysis of data structures and algorithms is the ubiquitous presence of logarithms ... As is the custom in the computing literature, we omit writing the base b of the logarithm when b = 2.
  15. ^ Parkhurst, David F. (2007). Introduction to Applied Mathematics for Environmental Science . Springer Science & Business Media. tr. 288. ISBN 978-0-387-34228-3.
  16. ^ Gullberg, Jan (1997), Mathematics: from the birth of numbers., New York: W. W. Norton & Co, ISBN 978-0-393-04002-9
  17. ^ Xem chú thích 1 trong Perl, Yehoshua; Reingold, Edward M. (tháng 12 năm 1977). “Understanding the complexity of interpolation search”. Information Processing Letters. 6 (6): 219–22. doi:10.1016/0020-0190(77)90072-2.
  18. ^ Xem Theorem 3.29 trong Rudin, Walter (1984). Principles of mathematical analysis (ấn bản 3). Auckland: McGraw-Hill International. ISBN 978-0-07-085613-4.
  19. ^ Napier, John (1614), Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio (bằng tiếng Latin), Edinburgh, Scotland: Andrew HartQuản lý CS1: ngôn ngữ không rõ (liên kết)
  20. ^ Folkerts, Menso; Launert, Dieter; Thom, Andreas (tháng 10 năm 2015), Jost Bürgi's Method for Calculating Sines, arXiv:1510.03180, Bibcode:2015arXiv151003180F
  21. ^ “Burgi biography”. www-history.mcs.st-and.ac.uk. Truy cập ngày 17 tháng 6 năm 2020.
  22. ^ William Gardner (1742) Tables of Logarithms
  23. ^ Enrique Gonzales-Velasco (2011) Journey through Mathematics – Creative Episodes in its History, §2.4 Hyperbolic logarithms, trang 117, Springer ISBN 978-0-387-92153-2
  24. ^ Florian Cajori (1913) "History of the exponential and logarithm concepts", American Mathematical Monthly 20: 5, 35, 75, 107, 148, 173, 205.
  25. ^ Bryant, Walter W. (1907), A History of Astronomy, London: Methuen & Co, p. 44
  26. ^ Abramowitz, Milton; Stegun, Irene A. biên tập (1972), Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables (ấn bản 10), New York: Dover Publications, ISBN 978-0-486-61272-0, chương 4.7., trang 89
  27. ^ Campbell-Kelly, Martin (2003), The history of mathematical tables: from Sumer to spreadsheets, Oxford scholarship online, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-850841-0, chương 2
  28. ^ Spiegel, Murray R.; Moyer, R.E. (2006), Schaum's outline of college algebra, Schaum's outline series, New York: McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-145227-4, trang 264
  29. ^ Maor 2009, chương 1, 13

Liên kết ngoài


Bản mẫu:Hệ vi thừa