對數坐標

對數坐標

對數坐標指的是在二維直角坐標系下對數圖像對應的各點所處的位置,x稱為點A的橫坐標,y稱為點A的縱坐標。若一個數x(x>0)經過一個對數函式作用後變為y,如:y=ln(x),那么由x和y組成的二維向量(x,y)在二維坐標系下對應的點的集合,就稱為一個點A(x,y)的對數坐標。

基本介紹

  • 中文名:對數坐標
  • 定義:a^n=b(a>0且a≠1) 則n=log(a)(b)
  • 發明者:約翰·納皮爾/約翰·奈皮爾
  • 簡述:逐漸被現代的電子計算工具所取代
背景,定義,函式圖象,性質,坐標轉化,轉化原理,例子,

背景

約翰·納皮爾/約翰·奈皮爾(John Napier,1550~1617),蘇格蘭數學家、神學家,對數的發明者。 Napier出身貴族,於1550年在蘇格蘭愛丁堡附近的小鎮梅奇斯頓(Merchiston Castle,Edinburgh,Scotland)出生,是Merchiston城堡的第八代地主,未曾有過正式的職業。 年輕時正值歐洲掀起宗教革命,他行旅其間,頗有感觸。蘇格蘭轉向新教,他也成了寫文章攻擊舊教(天主教)的急先鋒(主要文章於1593年寫成)。其時傳出天主教的西班牙要派無敵艦隊來攻打,Napier就研究兵器(包括拏炮、裝甲馬車、潛水艇等)準備與其拚命。雖然Napier的兵器還沒製成,英國已把無敵艦隊擊垮,他還是成了英雄人物。 他一生研究數學,以發明對數運算而著稱。那時候天文學家Tycho Brahe(第谷,1546~1601)等人做了很多的觀察,需要很多的計算,而且要算幾個數的連乘,因此苦不堪言。1594年,他為了尋求一種球面三角計算的簡便方法,運用了獨特的方法構造出對數方法。這讓他在數學史上被重重地記上一筆,然而完成此對數卻整整花了他20年的工夫。1614年6月在愛丁堡出版的第一本對數專著《奇妙的對數表的描述》("Mirifici logarithmorum canonis descriptio")中闡明了對數原理,後人稱為納皮爾對數:Nap logX。1616年Briggs(亨利·布里格斯,1561 - 1630)去拜訪納皮爾,建議將對數改良一下以十為基底的對數表最為方便,這也就是後來常用的對數了。可惜納皮爾隔年於1617年春天去世,後來就由Briggs以畢生精力繼承納皮爾的未竟事業,以10為底列出一個很詳細的對數表。並且於1619年發表了《奇妙對數規則的結構》,於書中詳細闡述了對數計算和造對表的方法。納皮爾對數字計算特別有研究,他的興趣在於球面三角學的運算,而球面三角學乃因應天文學的活動而興起的。他重新建立了用於解球面直角三角形的10個公式的巧妙記法——圓的部分法則(“納皮爾圓部法則”)和解球面非直角三角形的兩個公式——“納皮爾比擬式”,以及做乘除法用的“納皮爾算籌”。此外,他還發明了納皮爾尺,這種尺子可以機械地進行數的乘除運算和求數的平方根。

定義

若一個數x(x>0)經過一個對數函式作用後變為y,如:
,那么由x和y組成的二維向量
在二維坐標系下對應的點的集合,就稱為一個點
的對數坐標。在二維直角坐標系下,x稱為點A的橫坐標,y稱為點A的縱坐標
定義: 若
, 則

函式圖象

  1. 對數函式的圖象都過(1,0)點。
  2. 對於以a為底的對數函式, ①當0<a<1時,圖象上函式顯示為(0,+∞)單減。隨著a 的增大,圖象逐漸以(1,0)點為軸順時針轉動,但不超過X=1。②當a>1時,圖象上顯示函式為(0,+∞)單增,隨著a的增大,圖象逐漸以(1.0)點為軸逆時針轉動,但不超過X=1.
  3. 與其他函式與反函式之間圖象關係相同,對數函式和指數函式的圖象關於直線y=x對稱。
圖1.對數坐標示意圖圖1.對數坐標示意圖

性質

1.
2.
3.
4.
5.
6.

坐標轉化

轉化原理

兩者間的轉化只相當於做一個函式變換,比如將y=f(x)的畫在縱軸為對數坐標的坐標圖上,跟經過
變換的z-x線性坐標上的圖形狀一樣。特別注意的是在各自坐標軸上的是真數,不是求對數後的值。

例子

天狼50的K線圖採用的是對數坐標系,縱向長度和股價漲幅的對數成正比。在普通坐標系中,所有當日漲跌金額相等的股票,其 K 線長度是一樣的,比如所有自開盤至收盤上漲 1 元錢的 K 線具有同樣的長度。可是,10元的股票漲1元和20元的股票漲1元,其上漲的幅度是不一樣的,在對數坐標系中,只有當日漲跌幅( % )相等的 股票,其K 線才具有同樣的長度,例如:所有自開盤至收盤上漲 10% 的股票,它們的 K 線在對數坐標中長度是一樣的。對於一隻股票而言,使用對數坐標系能夠更真實地反映股價的上漲和下跌幅度。

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