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

книги из ГПНТБ / Остапов Г.К. Логарифмы

.pdf
Скачиваний:
47
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
5.26 Mб
Скачать

после запятой для логарифма числа а. Для того

чтобы

найти

характеристику,

нужно

знать,

сколько цифр заключается в степени а 1014.

Найти

все цифры — трудно

выполнимая

задача,

опре­

делить

же их

число

значительно легче,

т. е.

для нахождения числа цифр нужно пользоваться следующим правилом: число цифр произведения равно сумме чисел цифр множителей, когда произведение начальных цифр представляет двузначное число, или сумме цифр множителей

минус единица,

когда

произведение

начальных

цифр представляет однозначное число.

Бригс

применял

этот метод

к

числу 2

и нашел,

что

в

числе 210‘4

заключается

30102999566399 цифр, и соответственно этому получил lg 2 = 0,30102999566398.

Так как вычисление логарифмов по этому методу было очень трудоемким, ученый им пользовался лишь в отдельных случаях, а в основном применял другой метод. Если глубже вникнуть в этот второй метод, то можно утверждать, что Бригс пользовался приближен­ ным равенством

I n N ^ r n t y f r — 1),

где т — достаточно большое число.

 

В

самом деле,

легко

показать,

что

j_

 

 

 

 

 

 

N m _ j

Для

этого

достаточно

вое-

lim ----- j-----= \nN.

т-юо

*

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

пользоваться правилом"Лопиталя или это можно

сделать

элементарным

способом.

 

Для

получения

натурального логарифма 10

38 Бригс

последовательно

извлекал квадратный

корень 54

раза

с числом знаков от 27

до

33.

Здесь мы видим, что т

заменяется

на 254.

Это объясняется

тем, что удобнее

всего

после­

довательно извлекать квадратный корень.

 

а

Вычисления

эти занимают много

места,

поэтому

дадим

последнее

число:

2“*/--

 

 

/ 1 0 — 1 =

= 0,00000000000000012781914932003235.

Если

умножим это число на 264, то получим нату­ ральный логарифм 10.

Далее можно найти модуль десятичной

системы логарифмов

[М = -j

1Q■).

 

 

Чтобы

найти логарифм

2,

Бригс

делает

сорок семь

последовательных

извлечений

квад-

ратного

корня,

получая

в результате

\f

1024,

а затем отнимает 1 и после

умножает

это

число

на М и, наконец, после 47 удвоений

находит

десятичный

логарифм

1024 = -210, а

отсюда и lg 2:

 

 

 

 

 

 

 

 

lg 2 =

0,301029995663981195.

 

 

Для

вычисления

lg 5

Бригс

воспользовался

следующим: lg 10 =

lg 2 + lg 5,

откуда

lg 5 =

=

l - l g 2 .

 

 

11

Далее Бригс находит логарифмы чисел 3, 7,

и т. д.

Он дает

таблицу простых чисел

до

100.

заметить,

что нахождение логариф­

 

Следует

мов составных чисел сводится к нахождению

сумм

логарифмов

простых чисел,

например

lg 15 =

lg (3 • 5) = lg 3 + lg 5.

 

Вычисление логарифмов по этому методу,

как видим, очень

трудное дело; в

особенности

трудной операцией является многократное извле39

чение квадратного корня, хотя Бригс и дает

особый способ.

двух

методов, Бригс

Кроме рассмотренных

и Влакк еще пользовались

для

приближенного

вычисления логарифмов методом вставки средне­

геометрических

и среднеарифметических

членов

прогрессий.

 

 

 

 

Если lg у = z

Дадим пояснение этого метода.

и lg v = х, то lg V vy =

х 2 Z--

Если данное чис­

ло N заключается между

границами

102

и

103,

логарифмы которых будут

2

и 3,

то

найдем

21

Число

N

будет

заключаться

значение 10 2.

между границами 102 и

 

21

или

между

21

10 2

10 2

и 103. Какой бы из этих случаев ни имел место, мы, взяв среднее пропорциональное, получим более близкие границы и, таким образом, можно будет дойти до таких границ, промежуток между которыми меньше заданного числа, с ко­ торым данное число N может быть отождест­ влено.

Рассмотрим пример. Пусть требуется найти приближенное значение для логарифма числа 5. Так как 5 заключается между границами 1 и 10, логарифмы которых 0 и 1, то установим непре­ рывное извлечение корней следующим образом (пока не придем к границам, неотличимым уже от числа 5):

А = 1,000000

В= 10,000000

С= 3,162277

D = 5,623413 40 Е = 4,216964

lg А =

0,0000000

пусть

l g £ =

1,0000000

С =

У а в

lg С =

0,5000000

D =

У ВС

lg D =

0,7500000

E =

V C D

lg Е = 0,6250000

F =

У D E

F = 4,869674

G = 5,232991

Я = 5,048065 / = 4,958069

К = 5,002865

L = 4,980416

Л 4= 4,991627

N = 4,997242

О = 5,000052

P = 4,998647

Q = 4,999350

Я = 4,999701 S = 4,999876

T = 4,999963

V = 5,000008

F = 4,999984 X = 4,999997

Y = 5,000003

Z = 5,000000

lg F =

0,6875000

G = V D F

lg 0

=

0,7187500

H = V F G

lg H =

0,7031250

/ =

/ 7 7 /

lg /

=

0,6953125

X =

/ Я /

lg K '= 0,6992187

L =

/ / X

lg L =

0,6972656 M =

y K L

lgM =

0,6982421

X =

/ X ¥

lg X =

0,6987304

О =

/ X X

lg 0

=

0,6989745

P =

/ М )

lg P

=

0,6988525

Q = \ ' q P

lg Q = 0,6 9 8 9 1 3 5

R =

J/OQ

lg R

=

0,6989440

S =

[r 0 R

lg S

=

0,6989592

T =

V OS

lg Г =

0,6989668

V =

/ О Г

lg V =

0,6989707

IF =

/ 7 Г

lgU 7= 0,6989687

X =

Y V W

lg X =

0,6989697

К =

Y V X

lg Y

=

0,6989702

Z =

Y X Y

lg Z =

0,6989700

 

 

Итак, беря средние пропорциональные, мы, наконец, пришли к Z = 5,000000, откуда иско­ мый логарифм числа 5 будет 0,6989700 при основании логарифмов, равном 10. Поэтому приближенно найдем

1Q0,6989700 5

Заметим еще, что Бригс в «Логарифмической арифметике» дал прием быстрого получения логарифмов всех чисел, пользуясь только огра­ ниченным числом независимо вычисленных ранее

логарифмов.

дано

число

N.

Представим его

Допустим,

в виде десятичной дроби

 

 

N = a0

Щ

а1

аЯ

(«о Ф 0 ),

10

10*

103

которая делением

на а0

и

записью частного

в виде десятичной дроби приводится к виду

N = а° ( 1 +

- ж +

i k

+ • • •)•

Разделив второй множитель правой части на

(l + получим

 

10

-l J l -

+ . . . ) =

 

^

102

= 1

10

1

_L

^2

I

Рз

1

+

102

+

103

Второй множитель правой части не может содержать десятых долей. В самом деле,

(‘ + ^ г

а1+ 1

I

а1

10

1

102

будет больше левой части предыдущего равен­ ства.

Аналогично предыдущему получаем далее

 

 

 

-]— l5_ _

 

 

11+ 102 ^

103

 

1

 

и

1 J_

'1з

"U

А- —

1

^

Ю2

1

1

103

10*

 

1 -1__ !±-

 

 

1-1

 

 

1

^ 103

 

104

 

= 1

 

Тз

1 4_

__ I__

 

103

1

h

104 ^

Ю3

42

Таким образом, из всех равенств путем под­ становки найдем

= «о (1 + -jfj-) (l + То»") + Тде")

а

lg/V = lga0+ lg(l + - ^ - ) + lg(l + ! ^ ) +

+ 1§ ( 1 + !&“) + ••■*

где а0 может иметь значение 1, 2, 3, . . . , 9;

(l

+

 

— значение

1,1;

1,2;

...;

1,9;

(l

+

^ г )

— значение

1, 01;

1, 02;

... ;

1,09.

 

Логарифмы всех этих чисел Бригс вычислил

с наперед заданной точностью с 15 десятичными знаками.

Таким образом, можно получить простым сложением логарифм числа N, предварительно находя путем деления значения а0, аь р2, . . .

и пользуясь указанными таблицами.

Подобный метод применяют еще и теперь, если необходимо получить логарифмы отдель­ ных чисел с большим числом десятичных зна­ ков, чем они обыкновенно даются в таблицах. Поэтому во многих работах есть такие вспомо­ гательные таблицы, как и таблицы Бригса, напечатанные с большим числом десятичных знаков.

43

§5. Второй этап истории развития логарифмов и показательной функции

Дальнейшее

развитие

теории

логарифмов

связано с более широким применением аналити­

ческой геометрии

и исчисления бесконечно ма­

лых. К этому периоду

относится установление

связи между квадратурой равносторонней гипер­

болы и натуральным логарифмом.

 

 

При более детальном рассмотрении числовых

последовательностей Непера и Бюрги можно

перейти к графическому

изображению

этих по­

следовательностей в виде лестницы,

вписанной

в показательную

кривую,

а

их логарифмов —

в виде суммы площадей прямоугольников, огра­

ниченных

равносторонней гиперболой.

связана

Теория

логарифмов

этого

периода

с именами целого ряда математиков.

 

 

Сент-Винцент (15841667)

 

 

 

Григорий Сент-Винцент родился

в

1584 г.

в Брюгге (Бельгия), учился

в

Риме

у

Клавия,

а затем

стал профессором в Праге. Вскоре

после этого он переехал в Вену, а затем вер­

нулся

на

родину, где прожил до самой смерти

в 1667

г. Здесь Сент-Винцент

издал сочинение

«Геометрический труд» (1647), в основу кото­

рого частью легли некоторые из его пражских

рукописей. Главная

тема работы — квадратура

44 круга

и

конические

сечения.

«Геометрический

труд» содержит многочисленные методы и идеи, говорящие о большой изобретательности автора.

Изучая квадратуры, Сент-Винцент в 1647 г. нашел замечательное свойство равносторонней гиперболы, позволившее связать площадь, за­ ключенную между кривой и ее асимптотами, с натуральными логарифмами. На основании этого свойства натуральные логарифмы стали называться гиперболическими.

Таким образом, площадь гиперболы дает геометрическое выражение логарифма (в совре­ менных обозначениях)

*

 

\‘- ^ = 1п*.

.1

X

1

 

Меркатор (16201687)

Николаус Меркатор, немецкий математик, астроном и инженер, в сочинении «Логарифмотехника» (1668) приводит ряд, дающий разло­

жение 1п (1

+

х)

по степеням х.

 

 

Меркатору принадлежит смелая идея: для

разложения

 

в ряд

l n ( l - f x ) надо

 

выполнить

деление в дроби

{

- и проинтегрировать по­

лучившийся

ряд

X

 

 

 

X

 

 

 

1п (1 + * ) =

 

 

 

(1 х + х*— *3

+

. . .)dx =

 

о

'

о

 

 

 

Это выражение в точности соответствует 45

ходу его мыслей, хотя он, конечно, пользо­ вался не знаками f, d и т. д., а более гро­ моздкой символикой.

С открытием логарифмического ряда изме­ нилась техника вычислений логарифмов: лога­ рифмы стали определяться с помощью бесконеч­ ных рядов. Логарифмический ряд может быть применен вначале к вычислению натуральных логарифмов, а затем с помощью модуля пере­ хода можно перейти к логарифмам других систем.

Ньютон (16431727)

Идеями Меркатора воспользовался великий английский математик Исаак Ньютон, обогатив их двумя крупными открытиями. Ньютон по­ строил ряд для выражения бинома с любым показателем *.

С помощью очень искусного обращения ряда для функции у = In х он получает ряд для е-1'.

Таким образом, Ньютон не только восполь­ зовался идеями Меркатора, но сделал два новых открытия: ввел обобщенную теорему бинома (об этой теореме он говорит в письмах к Лейб­ ницу) и метод обращения рядов. Ньютон впер­ вые выводит из ряда Меркатора для у = In х посредством его обращения ряд для показатель­ ной функции

* Разложению 4- Ь)п для случая п целого и поло­

жительного дано название «бином Ньютона» совершенно

неосновательно. Это

разложение

уж е давно было известно

Штифелю, Ферма и

Паскалю.

Впервые оно встречается

у Джемшида ал-Каши. но было известно ранее еще в 11 в. 46 Омару Хайяму.

Далее, полагая у = 1, он получает разложение для е*\

е = 1 “Г —[Г + ~2Г + • ' '

Как видим, е здесь определяется не как посредством ряда.

Тейлор (16851731)

Брук Тейлор, английский математик, в своем сочинении «Метод приращений» в 1715 г. дал общий принцип для разложения функций в сте­ пенные ряды. Для того чтобы иметь возмож­ ность сразу написать ряд для показательной функции как частный случай его общего ряда, ему пришлось из соотношения, которое содер­ жало определение логарифма с помощью интег­

рала

d

 

вывести для обратной функ­

ции

равенство, в

наше время записываемое

в виде

— еУ■

 

В этом же труде Тейлор положил начало математическому изучению задачи о колебании струны. Ему принадлежат заслуги в разработ­ ке теории конечных разностей. Тейлор также автор работ о перспективе, центре качения, по­ лете снарядов,взаимодействии магнитов, капил­ лярности и др.*

*

У Ньютона нет еще специального

обозначения

числа

е.

47

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ