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第13章 lg与ln的历史故事上半场之lg的历史故事(1 / 1)

12 纳皮尔发明对数的过程纳皮尔构造对数表的过程充满智慧。他以几何和连续运动为基础,用一条射线表示等差数列,点a以恒定速度运动;用一条线段表示等比数列,点b从起点出发,速度按几何级数下降。他设定线段长度为107,点b在初始位置b0的速度为107,且速度降低比率为实数r(0<r<1)。当点a运动到某位置时,点b在线段上的位置与点a运动的距离就构成了对应关系,纳皮尔将这种对应关系定义为对数。通过这种方式,他将乘法转化为加法,除法转化为减法,极大地简化了计算,为对数表的制作奠定了基础,其工作量之巨大令人惊叹。

21 天文学中的应用在天文学领域,对数极大地简化了计算。原本天文学家需要处理大量天文数字,进行复杂的乘除、开方运算,如计算天体距离、星体运行轨迹等。有了对数,这些繁琐运算变为简单的加法和减法。众多天文学家纷纷利用对数表,如英国天文学家亨利·布里格斯,他专程拜访纳皮尔,对对数的实用价值赞叹不已。在布里格斯的建议下,纳皮尔对数表得到改进,更便于使用。此后,对数表成为天文学家的重要工具,为天文学的发展提供了有力支持,让天文学家能更专注于天体现象的研究。

22 航海中的应用航海事业的发展离不开精确的导航与测量,对数在其中起到了关键作用。在茫茫大海上,航船需要确定位置和航线,对数简化了航海中所需的复杂计算,如测量经纬度、推算航程等。哈里森虽未受教育,但他利用对数的原理,自学制表技术,解决了困扰人类数千年的航海定位难题。航海家们借助对数,能更准确地确定船位,避免触礁等危险,确保航船安全航行,对数成为航海事业中不可或缺的重要工具,为大航海时代的繁荣奠定了基础。

31 从常用对数到自然对数的演变约翰·纳皮尔发明对数后,布里格斯等数学家在此基础上发展出以10为底的常用对数,它因计算方便,在生活中应用广泛。但随着数学研究深入,人们发现以自然常数e为底的对数更具优势。伯努利在研究连续复利时,首次接触到e的概念。欧拉后来将e与对数紧密联系,正式提出自然对数ln。自然对数的底数e是一个无理数,约等于2,它在数学分析中有着独特性质,为后续微积分等学科的发展奠定了基础。

32 自然常数e的发现自然常数e的发现与众多数学家紧密相连。伯努利在研究复合利息问题时,首次发现当计息周期无限缩短时,本利和的极限值是一个特定常数,即e。莱布尼茨在与伯努利的通信中也对e进行了研究。欧拉则进一步将e与对数函数联系起来,使e成为自然对数的底数。e在数学分析中至关重要,它是导数等于自身的函数ex的底数,在微积分、级数等众多领域都有广泛应用,是数学大厦中不可或缺的基石。

42 欧拉的贡献欧拉在数学领域贡献卓越,他正式将自然常数e与对数函数联系起来,定义了自然对数ln。欧拉的工作如同璀璨星辰,照亮了数学发展的道路。他对微积分、复分析、数论等众多分支都有开创性贡献,其提出的欧拉公式等成果,将自然对数与三角函数等紧密相连,极大地推动了数学理论的完善与发展,使自然对数在数学中占据重要地位,为后续数学研究提供了强大工具。

51 数学分析中的应用在数学分析中,对数有着广泛而重要的应用。以微分方程为例,logistic方程是一种特殊的非线性微分方程,描述因竞争导致增长变缓的模型,其中就涉及自然对数。求解这类方程时,利用对数的性质可将复杂的表达式简化,帮助研究人员分析种群增长等,动态过程。在更复杂的微分方程求解中,对数也能辅助进行变量代换、化简运算,使问题的解决变得更为便捷,是数学分析中不可或缺的工具。

52 物理学中的应用物理学中,自然对数频繁出现在诸多重要公式里。描述物体冷却速度与温度差的牛顿冷却定律中,反映了物体温度随时间按指数规律变化的特征。在放射性元素的衰变公式里,自然对数用于计算元素的衰变速率和剩余质量。

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