対数

対数:a>0a>0,a≠1a \neq 1,M>0M>0 のとき ap=Ma^p=M ⇔\Leftrightarrow p=log⁡aMp= \log_aM すなわち log⁡aap=p\log_aa^p =p,alog⁡aM=Ma^{\log_aM}=M

a>0a>0,a≠1a \neq 1 とするとき,任意の正の数 MM に対して,ap=Ma^p=M となる実数 pp がただ1つ定まる。この pp の値を log⁡aM\boldsymbol{\log_aM} で表し,aa を底とする MM の対数という。また,MM をこの対数の真数という。なお,ap>0a^p>0 であるから,真数 M\boldsymbol{M} は正の数でなければならない。

対数の性質

【定理】

対数の性質

a>0a>0,b>0b>0,c>0c>0,a≠1a \neq 1,b≠1b \neq 1,c≠1c \neq 1,M>0M>0,N>0N>0,kk は実数のとき

  • $\log_aa=1$
  • $\log_a1=0$
  • $\log_a \frac{1}{a} =-1$
  • $\log_aMN= \log_aM + \log_aN$
  • $\log_a \displaystyle \frac{M}{N} = \log_aN - \log_aN$ 特に $\log_a \displaystyle \frac{1}{N} =- \log_aN$
  • $\log_aM^k=k \log_aM$ 特に $\log_a \sqrt[n]{M} = \displaystyle \frac{1}{n} \log_aM$
  • 底の変換公式:$\log_ab = \displaystyle \frac{\log_cb}{\log_ca}$ 特に $\log_ab = \displaystyle \frac{1}{\log_ba}$

対数関数

【定義】

aa を底とする xx の対数関数:y=log⁡axy= \log_ax ( a>0a>0,a≠1a \neq 1 )

対数関数のグラフ

指数関数のグラフの特徴・性質

  • 曲線
  • 対数関数 $y= \log_ax$ のグラフは,指数関数 $y=a^x$ のグラフと直線 $y=x$ に関して対象
  • 点 $(1,0)$,$(a,1)$ を通る
  • $y$ 軸が漸近線
  • $0<a<1$ のとき減少関数:$0<p<q$ $\Leftrightarrow$ $\log_ap> \log_aq$
  • $1<a$ のとき増加関数:$0<p<q$ $\Leftrightarrow$ $\log_ap< \log_aq$
  • 定義域は正の数全体,値域は実数全体

対数方程式・対数不等式

a>0a>0,a=1a=1 とし,bb は正の定数とする

  • 方程式 $\log_ax=\log_ab$ の解は $x=b$
  • 不等式 $\log_ax>\log_ab$ の解は $0<a<1$ のとき $0<x<b$,$1<a$ のとき$b<x$
  • 不等式 $\log_ax<\log_ab$ の解は $0<a<1$ のとき $b<x$,$1<a$ のとき$0<x<b$

桁数・小数首位と常用対数

【定義】

常用対数:底が10の対数

小数首位:0<M<10<M<1 である小数 MM の初めて 00 でない数字が現れる位

自然対数 $N$ が $n$ 桁 $\Leftrightarrow$ $10^{n-1} \leqq N<10^n$ $\Leftrightarrow$ $n-1 \leqq \log_{10}N<n$

小数首位が小数第 $n$ 位 $\Leftrightarrow$ $\frac{1}{10^n} \leqq M< \frac{1}{10^{n-1}}$ $\frac{}{}\Leftrightarrow$ $-n \leqq \log_{10}M <-n+1$