Десятичный логарифм — логарифм по основанию 10. Другими словами, десятичный логарифм числа есть решение уравнения
Десятичный логарифм числа существует, если Принято (спецификация ISO 31-11) обозначать его . Примеры:
В зарубежной литературе, а также на клавиатуре калькуляторов встречаются и другие обозначения десятичного логарифма: , причём следует иметь в виду, что первые 2 варианта могут относиться и к натуральному логарифму.
Содержание |
В нижеследующей таблице предполагается, что все значения положительны[1]:
Формула | Пример | |
---|---|---|
Произведение | ||
Частное от деления | ||
Степень | ||
Корень |
Существует очевидное обобщение приведенных формул на случай, когда допускаются отрицательные переменные, например:
Формула для логарифма произведения без труда обобщается на произвольное количество сомножителей:
Вышеописанные свойства объясняют, почему применение логарифмов (до изобретения калькуляторов) существенно облегчало вычисления. Например, умножение многозначных чисел с помощью логарифмических таблиц[⇨] производилось по следующему алгоритму:
Деление, которое без помощи логарифмов намного более трудоёмко, чем умножение, выполнялось по тому же алгоритму, лишь с заменой сложения логарифмов на вычитание. Аналогично производились возведение в степень и извлечение корня.
Связь десятичного и натурального логарифмов[2]:
Знак логарифма зависит от логарифмируемого числа: если оно больше 1, логарифм положителен, если оно между 0 и 1, то отрицателен. Пример:
Чтобы унифицировать действия с положительными и отрицательными логарифмами, у последних целая часть (характеристика) надчёркивалась сверху:
Мантисса логарифма, выбираемая из таблиц, при таком подходе всегда положительна.
Если рассматривать логарифмируемое число как переменную, мы получим функцию десятичного логарифма: . Она определена при всех . Область значений: . График этой кривой часто называется логарифмикой[3].
Функция монотонно возрастает, непрерывна и дифференцируема всюду, где она определена. Производная для неё даётся формулой:
Ось ординат является левой вертикальной асимптотой, поскольку:
Логарифмы по основанию 10 до изобретения в 1970-е годы компактных электронных калькуляторов широко применялись для вычислений. Как и любые другие логарифмы, они позволяли многократно упростить и облегчить трудоёмкие расчёты, заменяя умножение на сложение, а деление на вычитание; аналогично упрощались возведение в степень и извлечение корня. Но десятичные логарифмы обладали преимуществом перед логарифмами с иным основанием: целую часть логарифма числа (характеристику логарифма) легко определить.
Кроме того, при переносе десятичной запятой в числе на разрядов значение десятичного логарифма этого числа изменяется на Например:
Отсюда следует, что достаточно составить таблицу мантисс (дробных частей) десятичных логарифмов для чисел в диапазоне от 1 до 10. Такие таблицы, начиная с XVII века, выпускались большим тиражом и служили незаменимым расчётным инструментом учёных и инженеров.
Поскольку применение логарифмов для расчётов с появлением вычислительной техники почти прекратилось, в наши дни десятичный логарифм в значительной степени вытеснен натуральным[4]. Он сохраняется в основном в тех математических моделях, где исторически укоренился — например, при построении логарифмических шкал.
Число | логарифм | характеристика | мантисса | запись |
---|---|---|---|---|
n | lg(n) | C = floor(lg(n) ) | M = (lg(n) − характеристика) | |
5 000 000 | 6.698 970... | 6 | 0.698 970... | 6.698 970... |
50 | 1.698 970... | 1 | 0.698 970... | 1.698 970... |
5 | 0.698 970... | 0 | 0.698 970... | 0.698 970... |
0.5 | −0.301 029... | −1 | 0.698 970... | 1.698 970... |
0.000 005 | −5.301 029... | −6 | 0.698 970... | 6.698 970... |
Обратите внимание, что у всех приведенных в таблице чисел одна и та же мантисса.
Первые таблицы десятичных логарифмов опубликовал в 1617 году оксфордский профессор математики Генри Бригс для чисел от 1 до 1000, с восемью (позже — с четырнадцатью) знаками. Поэтому за рубежом десятичные логарифмы часто называют бригсовыми. Но в этих и в последующих изданиях таблиц обнаружились ошибки. Первое безошибочное издание на основе таблиц Георга Веги (1783) появилось только в 1857 году в Берлине (таблицы Бремикера, Carl Bremiker)[5].
В России первые таблицы логарифмов были изданы в 1703 году при участии Л. Ф. Магницкого[6]. В СССР выпускались несколько сборников таблиц логарифмов[7]:
Десятичный логарифм 49, десятичный логарифм из 20.
Луций Элий Сеян, Иона II (архиепископ Рязанский), Константин Юрьевич (князь оболенский).