y = lnx; (1)
её значение y, соответствующее значению аргумента
х, называется натуральным
Логарифмом числа
х. В силу определения соотношение (1) равносильно
х = еу (2)
(
е -
Неперово число)
. Т. к.
ey > 0 при любом действительном
у, то Л. ф. определена только при
х > 0. В более общем смысле Л. ф. называют функцию
y = logaX,
где а > 0 (а ≠ 1) - произвольное основание логарифмов. Однако в математическом анализе особое значение имеет функция InX; функция logaX приводится к ней по формуле:
logax = MInX,
где М = 1/In а. Л. ф. - одна из основных элементарных функций (См.
Элементарные функции); её график (
рис. 1) носит название логарифмики. Основные свойства Л. ф. вытекают из соответствующих свойств показательной функции и логарифмов; например, Л. ф. удовлетворяет функциональному уравнению
Inx+lny = lnxy.
Для - 1 < х , 1 справедливо разложение Л. ф. в степенной ряд:
ln(1 +
x) =
x
Многие интегралы выражаются через Л. ф.; например
,
.
Л. ф. постоянно встречается в математическом анализе и его приложениях.
Л. ф. была хорошо известна математикам 17 в. Впервые зависимость между переменными величинами, выражаемая Л. ф., рассматривалась Дж.
Непером
(1614). Он представил зависимость между числами и их логарифмами с помощью двух точек, движущихся по параллельным прямым (
рис. 2). Одна из них (У) движется равномерно, исходя из С, а другая (X), начиная движение из А, перемещается со скоростью, пропорциональной её расстоянию до В. Если положить СУ =
у, ХВ =
х, то, согласно этому определению,
dx/dy = - kx, откуда
.
Л. ф. на комплексной плоскости является многозначной (бесконечнозначной) функцией, определённой при всех значениях аргумента z ≠ 0 обозначается Lnz. Однозначная ветвь этой функции, определяемая как
Inz = In∣z∣+ i arg z,
где arg z -
Аргумент комплексного числа
z, носит название главного значения Л. ф. Имеем
Lnz = lnz + 2kπi, k = 0, ±1, ±2, ...
Все значения Л. ф. для отрицательных: действительных z являются комплексными числами. Первая удовлетворительная теория Л. ф. в комплексной плоскости была дана Л.
Эйлером (1749), который исходил из определения
.
Рис. 1 к ст. Логарифмическая функция.
Рис. 2 к ст. Логарифмическая функция.