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गणित · शब्दावली

व्यापक घातें क्या है?

परिभाषा 4.2 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 1 · अध्याय 4 — मानक फलन

x>0x > 0 और αR\alpha \in \R के लिए:   xα=eαlnx\;x^\alpha = \eu^{\alpha \ln x}a>0a > 0, a1a \neq 1 के लिए आधार aa का लघुगणक logax=lnxlna\log_a x = \frac{\ln x}{\ln a} है, जो xaxx \mapsto a^x का प्रतिलोम है।

का वृद्धि पैमाना: दाएँ किनारे के पास x मुश्किल से 1.6 पार कर पाया है, जबकि x चौखट से बाहर निकल चुका है। हर अनुपात (लघुगणक बटा घात, घात बटा चरघातांकी) 0 की ओर जाता है — चित्र केवल संकेत देता है, जिसे उपपत्ति के प्रतिस्थापन ठीक-ठीक कर देते हैं।
प्रतिज्ञप्ति 4.6 का वृद्धि पैमाना: दाएँ किनारे के पास lnx\ln x मुश्किल से 1.61.6 पार कर पाया है, जबकि ex\eu^x चौखट से बाहर निकल चुका है। हर अनुपात (लघुगणक बटा घात, घात बटा चरघातांकी) 00 की ओर जाता है — चित्र केवल संकेत देता है, जिसे उपपत्ति के प्रतिस्थापन ठीक-ठीक कर देते हैं।

उदाहरण

उदाहरण 4.3 (चरघातांकी समीकरण हल करना)

R\R में 2x=5x12^x = 5^{\,x-1} हल कीजिए। दोनों पक्ष धनात्मक हैं, अतः लघुगणक लीजिए — यह पद उत्क्रमणीय है:

xln2=(x1)ln5    x(ln2ln5)=ln5    x=ln5ln5ln2=ln5ln521.756.x\ln2 = (x - 1)\ln5 \iff x(\ln2 - \ln5) = -\ln5 \iff x = \frac{\ln5}{\ln5 - \ln2} = \frac{\ln 5}{\ln\frac52} \approx 1.756 .

अब x>0x > 0 के लिए x2=3x^{\sqrt2} = 3 हल कीजिए: घात 12\frac1{\sqrt2} तक उठाइए (अर्थात् परस्पर प्रतिलोम एकैकी आच्छादन लगाइए): x=31/2=e(ln3)/22.175x = 3^{1/\sqrt2} = \eu^{(\ln 3)/\sqrt2} \approx 2.175। सार: घातों को मिलाने वाला हर समीकरण ln\ln और exp\exp से होकर खुलता है, क्योंकि परिभाषा xα=eαlnxx^\alpha = \eu^{\alpha\ln x} घातों की सारी हेराफेरी को घातांकों के अंकगणित तक सीमित कर देती है — पर केवल उसी प्रांत x>0x > 0 पर जहाँ वह परिभाषा रहती है।

उदाहरण 4.4 (द्विगुणन काल)

कोई राशि प्रति पद 3%3\% से बढ़ती है: nn पदों के बाद वह (1.03)n(1.03)^n से गुणित हो जाती है। वह दुगुनी कब होगी? (1.03)n2(1.03)^n \geq 2 हल कीजिए:

nln(1.03)ln2    nln2ln1.03=0.69310.0295623.4,n\ln(1.03) \geq \ln2 \iff n \geq \frac{\ln 2}{\ln 1.03} = \frac{0.6931}{0.02956} \approx 23.4 ,

अतः पहला द्विगुणन पद 2424 पर होता है। (वित्तज्ञों का “7272 का नियम”, जो द्विगुणन काल का आकलन 7272 को प्रतिशत में दर से भाग देकर करता है, यही संगणना है, बस सन्निकटन ln(1+x)x\ln(1 + x) \approx x के साथ, जिसका परिमाणन अध्याय 16 में है।) चरघातांकी प्रक्रियाओं पर विचार उनके लघुगणकों के द्वारा करना सबसे अच्छा रहता है: उस पैमाने पर वृद्धि रैखिक हो जाती है और प्रश्न भाग बन जाते हैं।

उदाहरण 4.5 (220262^{2026} कितना लंबा है?)

पूर्णांक N1N \geq 1 के दशमलव अंकों की संख्या log10N+1\floor{\log_{10} N} + 1 है (वस्तुतः NN के ठीक dd अंक तब होते हैं जब 10d1N<10d10^{d-1} \leq N < 10^d, अर्थात् d1log10N<dd - 1 \leq \log_{10}N < d)। N=22026N = 2^{2026} के लिए:

log1022026=2026log102=2026×0.301030=609.887,\log_{10} 2^{2026} = 2026\,\log_{10}2 = 2026 \times 0.301030 = 609.887 ,

अतः 220262^{2026} के 610610 अंक हैं। भिन्नात्मक भाग एक बोनस भी लाता है: 100.8877.710^{0.887} \approx 7.7, अतः यह संख्या 77 से आरंभ होती है। एक गुणा ने ऐसी संख्या के विषय में प्रश्न का उत्तर दे दिया जिसे कोई कभी पूरा लिखेगा भी नहीं — लघुगणक गुणात्मक आकार को योगात्मक आकार में सिकोड़ देते हैं, जो उनका पूरा ऐतिहासिक प्रयोजन है (उदाहरण 7.12 इस वाक्य को ठीक-ठीक कह देता है)।

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