تعريف 4.2الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 4 — الدوال المعيارية
من أجل x>0 و α∈R: xα=eαlnx. ومن أجل a>0 حيث a=1، يكون اللوغاريتم ذو الأساس a هو logax=lnalnx، وهو مقلوب x↦ax.
سلّم النموّ في القضية 4.6: قرب الحافة اليمنى، لم يتجاوز lnx القيمة 1.6 بعدُ إلا بقليل، في حين غادر ex الإطار. وكل نسبة (لوغاريتم على قوة، أو قوة على أسّية) تؤول إلى 0 — ولا يلمّح الرسم إلا إلى ما تجعله التعويضات في البرهان دقيقًا.
أمثلة
مثال 4.3(حلّ المعادلات الأسّية)
حُلَّ 2x=5x−1 في R. الطرفان موجبان، فخذ اللوغاريتمات — وهي خطوة قابلة للعكس:
ثم حُلَّ x2=3 من أجل x>0: ارفع إلى القوة 21 (أي طبّق التقابل المقلوب): x=31/2=e(ln3)/2≈2.175. والفكرة النافذة: كل معادلة تخلط القوى تنفكّ عبر ln و exp، لأن التعريف xα=eαlnx يردّ كل تلاعب بالقوى إلى حساب الأسس — لكن على مجموعة التعريف x>0 وحدها حيث يحيا ذلك التعريف.
مثال 4.4(أزمنة التضاعف)
مقدار ينمو بنسبة 3% في كل خطوة: فبعد n خطوة يكون قد ضُرب في (1.03)n. فمتى يتضاعف؟ حُلَّ (1.03)n≥2:
nln(1.03)≥ln2⟺n≥ln1.03ln2=0.029560.6931≈23.4,
فيقع التضاعف الأول عند الخطوة 24. (و«قاعدة 72» عند الماليين، التي تقدّر زمن التضاعف بقسمة 72 على النسبة المئوية، هي هذا الحساب مع التقريب ln(1+x)≈x، المكمَّم في الفصل 16.) وأحسن ما يُعقل به عن السيرورات الأسّية هو لوغاريتماتها: فعلى ذلك السلّم يكون النموّ خطيًا وتصير الأسئلة قسمات.
مثال 4.5(كم طول العدد 22026؟)
عدد الأرقام العشرية لعدد صحيح N≥1 هو ⌊log10N⌋+1 (فللعدد N بالفعل d رقمًا تحديدًا عندما 10d−1≤N<10d، أي d−1≤log10N<d). ومن أجل N=22026:
log1022026=2026log102=2026×0.301030=609.887,
ومنه فللعدد 22026 من الأرقام 610. ويحمل الجزء الكسري مكافأةً: 100.887≈7.7، فالعدد يبدأ بالرقم 7. فقد أجابت عملية ضرب واحدة عن سؤال يخصّ عددًا لن يكتبه أحد كاملًا — فاللوغاريتمات تضغط الحجم الجدائي في حجم جمعيّ، وهذا كل مغزاها التاريخي (والمثال 7.12 يجعل هذه الجملة دقيقة).