对数函数图象及其性质

和煦的意思2023-04-25  24

对数函数是6类基本初等函数之一。其中对数的定义:

如果a^x=N(a>0,且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=logaN,读作以a为底N的对数,其中a叫做对数的底数,N叫做真数。

一般地,函数y=logax(a>0,且a≠1)叫做对数函数,也就是说以幂(真数)为自变量,指数为因变量,底数为常量的函数,叫对数函数。

其中x是自变量,函数的定义域是(0,+∞),即x>0。它实际上就是指数函数的反函数,可表示为x=ay。因此指数函数里对于a的规定,同样适用于对数函数。

“log”是拉丁文logarithm(对数)的缩写,读作:[英][lɔɡ][美][lɔɡ, lɑɡ]。图像如下:

对数函数的图像都过(1,0)点,指数函数的图像都过(0,1)点;

对数(指数)函数的底数大于1时为增函数,大于0而小于1时为减函数;

对数函数的图像在y轴右侧,指数函数的图像在x轴上方;

对数函数的图像在区间(1,正无穷)上,当底数大于1时底数越大图像越接近x轴,当底数小于1时底数越小越图像越接近x轴;

对函数y=logax,以a为底的对函数,其性质为①定义域为(0,+∞),②其值域为R,③都过点(1,0),就是说x=1时,y=0,④当a>1时,y=logax在(0,+∞)上单调递增;当0<a<1时,函数y=logax在(0,+∞)上单调递减

对数的定义域:x∈(0,+∞),值域:y∈R。

对数函数是函数的一类,所以讨论对数函数的性质就是讨论函数的性质。

从函数性质开始:

函数的第一个性质就是单调性,但函数的单调性是由底数a决定的,当a>1时,对数函数就是单调递增函数,当0。

函数的其他性质就是奇偶性,周期性,对称性,但对数函数都不具备,所以在此就不做讨论了。

对数函数特有的性质就是所有的对数函数必过一个点(0,1),即当x=0时,即y=1。

产生历史:

16世纪末至17世纪初的时候,当时在自然科学领域(特别是天文学)的发展上经常遇到大量精密而又庞大的数值计算,于是数学家们为了寻求化简的计算方法而发明了对数。

德国的史蒂非(1487-1567)在1544年所著的《整数算术》中,写出了两个数列,左边是等比数列(叫原数),右边是一个等差数列(叫原数的代表,或称指数,德文是Exponent,有代表之意)。

欲求左边任两数的积(商),只要先求出其代表(指数)的和(差),然后再把这个和(差)对向左边的一个原数,则此原数即为所求之积(商),可惜史提非并未作进一步探索,没有引入对数的概念。

图像详见百度百科>

对数的定义和运算性质 

 一般地,如果a(a大于0,且a不等于1)的b次幂等于n,那么数b叫做以a为底n的对数,记作log(a)(n)=b,其中a叫做对数的

底数

,n叫做

真数

底数则要大于0且不为1

真数大于0

对数的运算性质: 

 当a>0且a≠1时,m>0,n>0,那么:

 

 (1)log(a)(mn)=log(a)(m)+log(a)(n);

(2)log(a)(m/n)=log(a)(m)-log(a)(n);

(3)log(a)(m^n)=nlog(a)(m)

(n∈r)

(4)

换底公式:

log(a)m=log(b)m/log(b)a

(b>0且b≠1)

(5)

a^(log(b)n)=n^(log(b)a)

证明:

设a=n^x

则a^(log(b)n)=(n^x)^log(b)n=n^(x·log(b)n)=n^log(b)(n^x)=n^(log(b)a)

(5)

对数恒等式:

a^log(a)n=n;

 

 

log(a)a^b=b

对数与指数之间的关系 

 当a>0且a≠1时,a^x=n

x=㏒(a)n

对数(logarithm)是对求幂的逆运算,一个数字的对数是必须产生另一个固定数字(基数)的指数。

对数的符号log出自logarithm,如果a的x次方等于N(a>0,且a不等于1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=logaN。其中,a叫做对数的底数,N叫做真数

对数符号

以a为底N的对数记作。对数符号log出自拉丁文logarithm,最早由意大利数学家卡瓦列里(Cavalieri)所使用。20世纪初,形成了对数的现代表示。为了使用方便,人们逐渐把以10为底的常用对数及以无理数e为底的自然对数分别记作lgN和lnN。

3、对数的定义

如果,即a的x次方等于N(a>0,且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数(logarithm),记作。其中,a叫做对数的底数,N叫做真数,x叫做“以a为底N的对数”。

特别地,我们称以10为底的对数叫做常用对数(common logarithm),并记为lg。

称以无理数e(e=271828)为底的对数称为自然对数(natural logarithm),并记为ln。

零没有对数。

在实数范围内,负数无对数。在复数范围内,负数是有对数的。

事实上,当,,则有e(2k+1)πi+1=0,所以ln(-1)的具有周期性的多个值,ln(-1)=(2k+1)πi。这样,任意一个负数的自然对数都具有周期性的多个值。例如:ln(-5)=(2k+1)πi+ln 5。

4、对数函数

定义

函数叫做对数函数(logarithmic function),其中x是自变量。对数函数的定义域是。

函数基本性质

1、过定点,即x=1时,y=0。

2、当时,在上是减函数;当时,在上是增函数。

复变函数

,e是自然对数的底,i是虚数单位。它将指数函数的定义域扩大到复数,建立了三角函数和指数函数的关系,它在复变函数论里占有非常重要的地位,被誉为“数学中的天桥”。

的推导:

因为

在的展开式中把x换成±ix

所以

将公式里的x换成-x,得到:

,然后采用两式相加减的方法得到:,这两个也叫做欧拉公式。将中的x取作π就得到:

这个恒等式也叫做欧拉公式,它是数学里最令人着迷的一个公式,它将数学里最重要的几个数字联系到了一起:两个超越数:自然对数的底e,圆周率π,两个单位:虚数单位i和自然数的单位1,以及被称为人类伟大发现之一的0。数学家们评价它是“上帝创造的公式”。

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