Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Остапов Г.К. Логарифмы

.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
5.26 Mб
Скачать

Придавая п достаточно большое значение, мы можем прежде всего достигнуть того, что

(10 -J- 3')" будет как угодно близко к значе­ нию 1.

Если затем придать достаточно большое

значение числу

R =

 

то

е,

а

следовательно,

и разность

между

дробью

 

 

и

1

будет

сколь угодно

мала. Поэтому

при выбранных

значениях п

т

правая

часть

 

последнего не-

и —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а+1

равенства,

а

следовательно,

и

(1 0 -f-З') " —

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10 8)" будет

меньше,

чем

сколь

 

угодно

малое данное число т).

 

 

 

 

 

 

Если теперь положить, что

«-}-!

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

3 — (10 — 3 )^ = 6

и (10 + 3')"“" — 3 =

s',

то также ? < -q и с' < -q.

 

 

 

 

 

 

Равенства

 

з

 

 

 

 

 

 

а+I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 — ; =

(10 — о)Т

и

3 +

S' =

(10 +

8')”

показывают, что если в области рациональных чисел логарифма 3 при основании 10 и не существует, то все-таки могут быть указаны

рациональные дроби — и — которые яв­

ляются вполне точными логарифмами чисел

(они отличаются от 3 менее, чем на сколь угодно малое число rj) при основании, отлич­ ном от десяти менее, чем на сколь угодно 148 малое число г. Чтобы допущенная погрешность

не превышала границы, обусловленной харак­

тером самой задачи, можно одно из чисел Л-

и g ^ 1-, отличающихся друг от друга на дробь

1

— , которая с увеличением числа п может

быть сделана сколь угодно малой, рассматри­ вать как логарифм числа 3 при основании 10. На самом деле, при практических вычислениях за логарифм какого-либо положительного числа всегда принимают рациональное число, опреде­ ленное вышеуказанным способом.

Перейдем к рассмотрению элементарных методов вычисления логарифмов.

Видоизмененный метод Непера

Непер в «Прибавлении» дал два метода вы­ числения логарифма. Рассмотрим один из этих ме­ тодов, который был усовершенствован К- Ф. Лебединцевым [2 1].

Данный метод вычисления логарифмов выте­ кает из следующих соображений: чтобы опреде­ лить десятичный логарифм числа а с точностью

до — , где а и п — целые положительные числа,

п ’

достаточно знать, между какими последователь­ ными целыми степенями числа 10 заключается число ап. В самом деле, если мы имеем нера­ венства

10* < ап < 10*+1,

то из них следует, что

х_ х+1

10Т < а < 10~“".

149

X

Таким образом, искомый логарифм равен —

с точностью до-^- (с недостатком).

Определим по этому методу lg3 с точностью

до Для этого нам необходимо будет

узнать, между какими последовательными сте­ пенями числа 10 заключается число З100.

Непосредственным

 

умножением

 

находим,

что

 

 

 

 

 

 

 

З5 =

243, З10 =

2432 = 59049.

 

Отсюда ясно,

 

что число

З10 заключается между

59000 и 60000

или

 

 

 

 

 

59 -103 <

З10 < 60-103.

 

 

Возведя каждое из этих чисел

в квадрат,

найдем

 

 

 

 

 

 

 

3481 • 106<

З20 ;

3600-10°

(7)

или

34-108<

З30 <

36-108.

 

 

 

 

 

Возведя

каждое

число

снова

в

квадрат,

получим

 

 

 

 

 

 

 

1156-Ю16 <

З40 <

1296-1016

 

или

 

 

 

 

 

 

 

11 • 1018 <

З40 <

13-1018.

 

 

Возведя

каждое

число

снова

в

квадрат,

найдем

 

 

 

 

 

 

 

121-1036 <

3S0 <

169 • 1030.

(8)

Перемножив неравенства (7) и (8),

получим

103- 1014 <

3100<

104- 1044

 

или

 

 

 

 

 

 

 

150

1047 <310П< 1048,

откуда

10°-47 < 3 <

10°-48.

 

 

 

 

 

Итак,

искомый

lg 3 = 0,47 с

 

точностью

до 0,0 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведем еще

 

вычисление

lg 3

с

точностью

до -jjjj-. Выше было найдено, что

З10 = 59049.

Далее находим

 

 

 

 

 

 

 

 

З20 =

590492 =

348678401

 

и затем

получим

такие “неравенства:

 

348678-104

 

<

З20

<

348679-104,

121576-1014

< 3 40

<

121578-1014,

147807-1033

< 3 80

<

147813-1033,

51537-1043

< 3 100

<

51540-1043,

 

2656-1092 < 3200

<

2157-1092,

 

7054-10187 < З400

<

7060-10187,

 

4975-10378 <

3800

<

4985-10378,

 

1321 • 10474 <

З1000

<

1325-10474,

 

1745-10951 < 32000

<

1756-10951,

 

304. ю 19°в< З4000

<

309. крое,

 

924-103814 < 38000

<

955-103814,

 

161-104769 <

З10000 <

168-104769,

 

259-109540 <

З20000 <

282-109540,

 

67Ю19083<

з40000 <

80. ю19083,

 

44Ю38168<

З80000 <

64. ю38168)

 

1 0 4 7 7 1 2 ^

3 1 0 0 0 0 0 ^ -

 

 

JQ47713

Таким

образом,

 

lg 3 = 0,47712

С

ТОЧНОСТЬЮ

Д0 105

Следует заметить, что при производстве действий надо пользоваться приемами прибли151

женных и сокращенных вычислений. Полезно также ограничиться вычислением одной только мантиссы искомого логарифма. Так, при вычис­ лении lg5l лучше определять lg5,l.

При вычислении логарифмов по этому ме­ тоду можно пользоваться для определения числа цифр степени а” следующим известным правилом: число цифр произведения равно или сумме числа цифр сомножителей, когда произ­ ведение начальных цифр представляет двузнач­ ное число, или сумме цифр сомножителей минус единица, когда произведение начальных цифр представляет однозначное число.

Для квадратов чисел будем иметь или вдвое больше цифр, или вдвое больше без одной.

Пользуясь этим правилом, можно произво­

дить вычисления по следующей схеме:

 

10' = 3

0 <

х <

1

102г =

9

0 <

2л <

1

104' = 81

1 < 4л: < 2

108'

=

6561

3 <

8л <

4

Ю16'

=

43046721

7 <

16х <

8

Ю33' ~

185302 . . . (16зн.)

15 <

32л <

16

10й ' ~

343368... (31 зн.)

30 < 64л < 31

102048' ~

139421 . . . (978 зн.)

977 < 2048л: < 978

 

0 <

л <~y

0 < л <

0,5

 

 

 

 

0,25 < х < 0,5

 

152

8

" 2

0,375 < х < 0,5

 

 

 

7

<

-V <

 

0,4375 < .v < 0,5

16

 

 

 

 

 

32 <

X <

 

0,46875 < x < 0,5

15

 

^

_31_

0,46875 < x <0,484375

32 <

64

977

 

 

489_

0,477051 < x <0,477539

2048

 

^ "V ^

1024

 

 

Для экономии времени при вычислении лога­ рифмов ограничиваются вычислением их с точ­ ностью до 0,01 или 0,001 и лучше, конечно, брать небольшие числа.

Первый видоизмененный метод Бригса

Для вычисления натурального логарифма 10 Бригс предварительно извлекал 54 раза квад­ ратный корень из 10 и составил соответствую­ щую таблицу. Можно воспользоваться этой таблицей и элементарным методом вычислить десятичный логарифм.

Сущность этого метода заключается в сле­

дующем: необходимо то число,

логарифм кото­

рого мы

ищем,

представить

в виде

степени

с основанием 10, а для этого можно восполь­

зоваться

таблицей

для

v 10,

где п =

2, 4, 8,

16, . . . Точность, с которой вычисляется лога­

рифм числа, выражается

последней из

взятых

в показателе дроби ~^т-

 

 

Прежде чем дать

примеры

на

вычисление

логарифмов чисел по

этому методу, приведем

необходимую часть таблицы у

10:

153

у 10 = 1 0 2 =

io0’500000000 =

3,16227660

t

Ш =

1 0 4

=

Ю 0'250000000

=

1 ,7 7 8 2 7 9 4 1 0

t

TO =

1 0 8

=

1 0 ° '125000000

1 ,3 3 3 5 2 1 4 3 2

 

 

j_

 

 

 

 

 

TO =

1 0 1 6 =

Ю 0’062500000 =

1 ,1 5 4 7 8 1 9 8 5

3^Ш =

1032 =

Ю0'031250000 =

1,074607828

 

и т. д.

 

j o 0 ' 0 1 5 6 2 5 0 0 0

=

1,036632928

 

 

 

 

jqO,007812500

=

1,018151722

 

 

 

 

100,003906250

=

1,009035405

 

 

 

 

I qO,001953125

=

1,004507364

 

 

 

 

l0o,000976563

_

1,002251148

 

 

 

 

100,000488281

=

],ooi 124941

 

 

 

 

100,000244141

=

1,000562313

 

 

 

 

j q O.ooo122070

=

1,000281117

 

 

 

 

100,000061035

=

1,000140599

 

 

 

 

l0o,000030518 = 1,000070272

 

 

 

 

10°,000015259

=

1,000035135

 

 

 

 

l0o,000007629

=

1,00001 7568

 

 

 

 

100,000003815

=

1,000008784

 

 

 

 

100,000001907

=

1,000004392

 

 

 

 

jqO,000000954 = 1,000002196

 

 

 

 

10o,060000477 = 1,000001098

 

 

 

 

10°’000000238

=

1,000000549

 

 

 

 

10o.ooooooii9 =

1,000000275

 

 

 

 

1Q0.000000060

=

1 ,0 0 0 0 0 0 1 3 7

При помощи этой таблицы можно вычислить 1 5 4 логарифмы числа с восьмизначной мантиссой.

Рассмотрим

пример:

вычислить lg 2

с трех­

значной

мантиссой.

число

1,778,

наиболее

Взяв

из

таблицы

близкое с недостатком к числу 2, положим:

2

=

1,778-х,

 

 

 

2

зг 10°’250- 1,125 (снова пользуемся таблицей),

1.125 = 1,075-Xi,

 

 

 

1.125 ^

ю0-031• 1,046,

 

 

1.046 =

1,037-х2,

 

 

 

1.046 ^

100-016- 1,009,

 

 

1 ,009^

100-004,

 

1о0-301

 

2 ~ ю 0,250- Ю0-031- Ю0,016- 1о0-004 =

 

lg 2 ^0,301.

 

 

 

 

Заметим еще, что для вычисления лога­

рифма по этому

методу можно

воспользоваться

и другой готовой таблицей ^ 10, (см. стр. 156).

При помощи этой таблицы можно вычислить логарифм числа не более чем с пятизначной мантиссой. Чтобы вычислить мантиссу с боль­ шим числом знаков, таблицу необходимо соста­ вить с большим числом десятичных знаков.

Приведем вычисление lg 2. Вычислим вначале lg 2 с двузначной мантиссой:

2 =^ 1,58-1,26 io°'20- 100-10= 100-30; lg 2

0,30.

Далее найдем lg 2 с трехзначной мантиссой:

2

»

1,995-1,002 ^

10°-300-10°-001 =

10°-301;

 

 

lg 2 ^

0,301.

 

Затем

найдем lg 2

с четырехзначной ман­

тиссой:

 

 

 

 

2

1,9953-1,0024^ Ю0-3000- Ю0'0010 =

Ю0-3010;

 

 

lg 2 ^

0,3010.

155

<л 05

 

 

 

 

П оказатель

степени

 

 

 

Число

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10е ’1

1,25893

1,58489

1,99526

2,51189

3,16229

3,98107

5,01187

6,30957

7,94328

юО.01

1,02331

1,04713

1,07152

1,09648

1,12202

1,14815

1,17490

1,20227

1,23027

100,001

1,00231

1,00462

1,00693

1,00925

1,01158

1,01399

1,01625

1,01859

1,02094

100,0001

1.00023

1,00046

1,00069

1,00092

1.00115

1,00138

1,00161

1,00189

1,00207

100,00001

1,00002

1,00004

1,00006

1,00009

1.00012

1,00014

1,00016

1,00019

1.00021

Наконец, найдем lg2 с пятизначной мантиссой:

2 — 1,99526 -

2as 100’3- 1,00238;

1,00238 = 1,00231 -Xi,

1,00238 яв 100’001• 1,00007 ^ 10°-001 • Ю0'00003;

2 ^ 100'3-1 о0-001 Ю0,00003 = Ю0'30103.

Итак,

lg 2 ^ 0,30103.

Как видим, этот метод вычисления лога­ рифмов является убедительным, наглядным и доступным для учащихся средней школы. При этом необходимо пользоваться готовой таблицей (одной из двух приведенных, лучше — первой).

Заметим, что этот метод был избран великим русским математиком Н. И. Лобачевским при вычислении им десятичного логарифма числа 2.

Приведем

выдержку

из

его

работы

[22,

стр.

219—229]: «. . . Можно видеть, как

много

таблицы

логарифмов

сокращают

вычисление.

Для

составления

самих

таблиц

существуют

различные способы,

из

которых предложенный

в 175-й статье как доказательство возможности определить логарифм всякого числа делается несравненно уже легче, когда постепенным извле­ чением квадратного корня заменяем здесь отыс­ кивание десятичных долей в показателе.

В прилагаемой таблице по левую сторону черты поставлены значения постепенно извлекае­ мого квадратного корня от 10, а на правой — соответствующий показатель степени от того же основания логарифмов

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ