числа N по основанию а, показатель степени m, в которую следует возвести число а (основание Л.), чтобы получить N; обозначается logaN. Итак, m logaN, если ам N. Например, log10 100 2; log2 1/32 - 5; loga 1 0, т. к. 100 102, 1/32 2-5, 1 a0. При отрицательных а бесконечно много положительных чисел не имело бы действительных логарифмов, поэтому берётся а > 0 и а ¹ 1 . Из свойств логарифмической функции вытекает, что каждому положительному числу соответствует при данном основании единств. действительный Л. (логарифмы отрицательных чисел являются комплексными числами). Основные свойства Л.:
loga(MN) logaM + logaN;
logaM/N logaM - logaN;
logaNk k logaN;
logalogaN
позволяют сводить умножение и деление чисел к сложению и вычитанию их Л., а возведение в степень и извлечение корня - к умножению и делению Л. на показатель степени или корня, т. е. к более простым действиям.
Когда основание а фиксировано, говорят об определённой системе Л. В соответствии с десятичным характером нашего счёта наиболее употребительны десятичные Л. (а 10), обозначаемые lg N. Для рациональных чисел, отличных от 10k с целым k, десятичные Л. суть трансцендентные числа , которые приближённо выражают в десятичных дробях. Целую часть десятичного Л. наз. характеристикой, дробную - мантиссой. Так как lg(10kN) k + lgN, то десятичные Л. чисел, отличающихся множителем 10k, имеют одинаковые мантиссы и различаются лишь характеристиками. Это свойство лежит в основе построения таблиц Л., которые содержат лишь мантиссы Л. целых чисел (см. Логарифмические таблицы ) .
Большое значение имеют также натуральные Л., основанием которых служит трансцендентное число e 2,71828...; их обозначают lnN. Переход от одного основания Л. к другому совершается по формуле logbN logaN/logab, множитель 1/logab называется модулем перехода (перевода) от основания а к основанию b. Для перехода от натуральных Л. к десятичным или обратно имеем
lnN IgN/lge, lgN InN/ln10;
1/lge 2,30258; 1/ln10 0,43429....
Историческая справка. Открытие Л. было связано в первую очередь с быстрым развитием астрономии в 16 в., уточнением астрономических наблюдений и усложнением астрономических выкладок. Авторы первых таблиц Л. исходили из зависимости между свойствами геометрической прогрессии и составленной из показателей степени её членов арифметической прогрессии. Эти зависимости, частично подмеченные ещё Архимедом (3 в. до н. э.), были хорошо известны Н. Шюке (1484) и немецкому математику М. Штифелю (1544). Первые логарифмические таблицы были составлены одновременно и независимо друг от друга Дж. Непером (1614, 1619) и швейцарским математиком И. Бюрги (1620). Важный шаг в теоретическом изучении Л. сделал бельгийский математик Григорий из Сен-Винцента (1647), обнаруживший связь Л. и площадей, ограниченных дугой гиперболы, осью абсцисс и соответствующими ординатами. Представление Л. бесконечным степенным рядом дано Н. Меркатором (1668), нашедшим, что
In(1+ x ) x
Вскоре затем Дж. Грегори (1668) открыл разложение
ln.
Этот ряд очень быстро сходится, если М N + 1 и N достаточно велико; поэтому он может быть использован для вычисления Л. В развитии теории Л. большое значение имели работы Л. Эйлера . Им установлено понятие о логарифмировании как действии, обратном возведению в степень.
Термин 'Л.' предложил Дж. Непер; он возник из сочетания греческих слов logos (здесь - отношение) и arithmos (число); в античной математике квадрат, куб и т. д. отношения а/b называются 'двойным', 'тройным' и т. д. отношением. Т. о., для Непера слова 'logu arithmos' означали 'число (кратность) отношения', то есть Л. у Дж. Непера - вспомогательное число для измерения отношения двух чисел. Термин 'натуральный логарифм' принадлежит Н. Меркатору, 'характеристика' - английскому математику Г. Бригсу, 'мантисса' в нашем смысле - Л. Эйлеру, 'основание' Л. - ему же, понятие о модуле перехода ввёл Н. Меркатор. Современное определение Л. впервые дано английским математиком В. Гардинером (1742). Знак Л. - результат сокращения слова 'Л.' - встречается в различных видах почти одновременно с появлением первых таблиц [напр., Log - у И. Кеплера (1624) и Г. Бригса (1631), log и 1 . - Б. Кавальери (1632, 1643)].
Лит.: Маркушевич А. И., Площади и логарифмы, М. - Л., 1952; История математики, т. 2, М., 1970.