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对数运算律

三条规则把乘法的难算变成加法的易算。学习积、商、幂三律,理解它们如何全部源自指数律,以及让你不受任何单一底数束缚的换底公式。

为何有这些律

对数的每一条律都是指数律换了顶帽子。回想指数积律:b^m · b^n = b^(m+n)——同底幂相乘,指数*相加*。既然对数*就是*指数,这便告诉我们:积的对数应等于各对数之*和*。一边的乘法变成另一边的加法。这种交换——把难运算变成易运算——正是对数被发明的全部缘由。

Proof of the product law (it's just exponents):

Let  M = b^x   so  log_b(M) = x
Let  N = b^y   so  log_b(N) = y

Then  M·N = b^x · b^y = b^(x+y)   <- exponent product rule
So    log_b(M·N) = x + y = log_b(M) + log_b(N).

That's the whole story: multiply inside,
add the logs outside.
积律直接从 b^x · b^y = b^(x+y) 得出。

三条律

  1. [[product-law-of-logarithms|积律]]: log_b(M·N) = log_b M + log_b N。积的对数拆成对数之和。(指数积律的镜像。)
  2. [[quotient-law-of-logarithms|商律]]: log_b(M/N) = log_b M − log_b N。商的对数拆成对数之差。(指数商律的镜像。)
  3. [[power-law-of-logarithms|幂律]]: log_b(M^p) = p · log_b M。对数内的幂可移到前面作乘数。(指数幂律的镜像。)这一条是解方程的主力。
Using the laws to expand and simplify:

Expand  log( x^3 · y / z )
  = log(x^3) + log(y) - log(z)     (product & quotient)
  = 3·log(x) + log(y) - log(z)     (power law on x^3)

Condense  2·ln(a) - ln(b)
  = ln(a^2) - ln(b)                (power law)
  = ln( a^2 / b )                  (quotient law)

Note what is NOT allowed:
  log(M + N) does NOT equal log M + log N.
  The laws only touch products, quotients, powers.
展开把一个对数拆开;合并把它收进一个对数。

换底

你的计算器只有两个对数键:log(底 10)与 ln(底 e)。那么如何求 log₂ 50?换底公式用你拥有的底重写任意底的对数:log_b(x) = log_c(x) / log_c(b),其中 c 是任何方便的底——通常是 10 或 e。任选其一,答案相同。

Evaluate  log_2(50)  using base-10 logs:

  log_2(50) = log(50) / log(2)
            = 1.69897 / 0.30103
            = 5.6439...

Check:  2^5.6439 ≈ 50.  Good.

With natural logs you'd get the same:
  log_2(50) = ln(50) / ln(2)
            = 3.91202 / 0.69315
            = 5.6439...
分子分母用任何底皆可——底 10 或底 e 给出相同值。