ฟังก์ชันลอการิทึม

ฟังก์ชันลอการิทึม

ฟังก์ชันลอการิทึม คือฟังก์ชันผกผันของฟังก์ชันเอกซ์โพเนนเชียล จากที่ฟังก์ชันเอกซ์โพเนนเชียลคือ คู่อันดับ (x, y) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ที่ส่งจากจำนวนจริงไปยังจำนวนจริงบวก โดยที่ $y=a^{x}$ ดังนั้นฟังก์ชันดังกล่าวซึ่งเป็นฟังก์ชันผกผันของเอกซ์โพเนนเชียล ก็คือ คู่อันดับ (y, x) หรืออาจจะบอกได้อีกแบบคือ คู่อันดับ (x, y) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์จากจำนวนจริงบวกไปยังจำนวนจริง โดยที่ $x=a^{y}$ จัดรูปใหม่ ได้เป็น $y=log_{a}x$ (อ่านว่าล็อก x ฐาน a)

บทนิยาม

logarithm คือฟังก์ชันที่อยู่ในรูป {(x, y) ∈ $\mathbb{R}^+\times \mathbb{R}$ : $y=log_{a}x$} โดยที่ a เป็นจำนวนจริงที่มากกว่า 0 และ a ≠ 1

ตัวอย่าง

$x = 5^{y}$ จัดรูปเป็น $y=log_{5}x$ อ่านว่า ล็อก x ฐาน 5

กราฟ

กรณี a > 1

กรณี 0 < a < 1

จากกราฟจะเห็นว่า

1.) เมื่อ a > 1 จะเป็นฟังก์ชันเพิ่ม

2.) เมื่อ 0 < a < 1 จะเป็นฟังก์ชันลด

3.) กราฟของทั้ง 2 กรณีจะไม่ตัดแกน y

4.) ค่า x จะเป็นบวกเสมอ แต่ค่า y เป็นได้ทั้งบวกและลบ

สมบัติ ฟังก์ชันลอการิทึม

ให้ a, M และ N เป็นจำนวนจริงบวกที่ a ≠ 1 และ k เป็นจำนวนจริง จะได้ว่า

1.) $log_{a}MN = log_{a}M+log_{a}N$

(ล็อกผลคูณเท่ากับผลบวกของล็อก)

2.) $log_{a}\frac{M}{N}=log_{a}M-log_{a}N$

(ล็อกผลหารเท่ากับผลต่างของล็อก)

3.) $log_{a}M^{k}=klog_{a}M$

เช่น $log_{2}x^3=3log_{2}x$

4.) $log_{a}a=1$

5.) $log_{a}1=0$

(ล็อก 1 เท่ากับ 0)

6.) $log_{a^{k}}M=\frac{1}{k}log_{a}M$ เมื่อ k ≠ 0

เช่น $log_{2^5}x=\frac{1}{5}log_{2}x$

7.) $log_{a}b=\frac{1}{log_{b}a}$ เมื่อ b >0 และ b ≠ 1

เช่น $log_{x}3 = \frac{1}{log_{3}x}$

8.) $log_{N}M=\frac{log_{a}M}{log_{a}N}$ เมื่อ N ≠ 1

เช่น $log_{x}y=\frac{log_{2}y}{log_{2}x}$ (เลขฐานไม่จำเป็นต้องเป็นเลข 2 เป็นเลขอะไรก็ได้ที่มากกว่า 0 และไม่เท่ากับ 1 )

การหาค่าลอการึทึม

ลอการิทึมที่ใช้มากและค่อนข้างนิยมใช้ในการคำนวณ คือ ลอการิทึมสามัญ (common logarithm) ซึ่งก็คือลอการิทึมที่มีเลขฐานสิบ และโดยทั่วไปเราจะเขียนล็อกโดยไม่มีฐานกำกับ

เช่น $log_{10}x= log (x)$

จากสมบัติข้อที่ 3 และ 4 จะได้ว่า

$log10 = 1$

$log100=log10^{2}=2log10=2(1)=2$

$log0.01=log\frac{1}{100}=log10^{-2}=-2log(10)=-2$

ดังนั้น จะได้ว่า $log10^n=nlog10=n$ เมื่อ n เป็นจำนวนเต็มใดๆ

ดังนั้น ถ้า N เป็นจำนวนเต็มบวกใดๆ เราสามารถเขียนอยู่ในรูป $N_0\times 10^n$ ได้เสมอ โดยที่ 0 ≤ N < 10

เช่น $3,400=3.4\times10^3$ , $0.0029 = 2.9 \times 10^{-3}$

ทีนี้เรามาพิจารณา

$N=N_0\times 10^n$ เมื่อ 0 ≤ N < 10

จะได้ว่า

เราจะเรียก $logN_0$ ว่า แมนทิสซาของ $logN$

และเรียก n ว่า แคแรกเทอริสติกของ $logN$

บทนิยาม

1. ถ้า log N = A จะเรียก N ว่า แอนติลอการิทึมของ log N
2. ถ้า log N = A จะได้ว่า N = antilog A

ตัวอย่าง

ให้หาค่าแคแรกเทอริสติกของ log 56.2

ลอการิทึมที่นิยมใช้และมีประโยชน์มากเมื่อเรียนคณิตศาสตร์ขั้นที่สูงขึ้น คือ ลอการิทึมฐาน e โดยที่ e คือสัญลักษณ์ค่าคงที่ ซึ่ง e ≈ 2.7182818 ซึ่งล็อกฐาน e เราจะเรียกอีกอย่างว่า ลอการิทึมธรรมชาติ มักจะเขียนอยู่ในรูป ln x (อ่านว่าล็อก x ฐาน e)

การเปลี่ยนฐานของลอการิทึม

ตัวอย่างการเปลี่ยนฐานของลอการิทึม

กำหนดให้ $log_65=0.8982$ จงหาค่า $log_{36}5$

น้องๆสามารถเข้าไปอ่านบทความ ฟังก์ชันเอกซ์โพเนนเชียล เพื่อจะได้เข้าใจกับฟังก์ชันลอการิทึมง่ายขึ้น