0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Natural Logarithm

المؤلف:  Euler, L.

المصدر:  "Commentatio in fractionem continuam qua illustris La Grange potestates binomiales expressit." Mém. de l,Acad. imperiale des sciences de St. Pétersbourg 6

الجزء والصفحة:  ...

24-6-2019

2369

+

-

20

Natural Logarithm

 NaturalLogarithm

The natural logarithm lnx is the logarithm having base e, where

 e=2.718281828....

(1)

This function can be defined

 lnx=int_1^x(dt)/t

(2)

for x>0.

NaturalLogEPlot

This definition means that e is the unique number with the property that the area of the region bounded by the hyperbola y=1/x, the x-axis, and the vertical lines x=1 and x=e is 1. In other words,

 int_1^e(dx)/x=lne=1.

(3)

The notation lnx is used in physics and engineering to denote the natural logarithm, while mathematicians commonly use the notation logx. In this work, lnx=log_ex denotes a natural logarithm, whereas logx=log_(10)x denotes the common logarithm.

There are a number of notational conventions in common use for indication of a power of a natural logarithm. While some authors use ln^nz (i.e., using a trigonometric function-like convention), it is also common to write (lnz)^n.

Common and natural logarithms can be expressed in terms of each other as

lnx = (log_(10)x)/(log_(10)e)

(4)

log_(10)x = (lnx)/(ln10).

(5)

The natural logarithm is especially useful in calculus because its derivative is given by the simple equation

 d/(dx)lnx=1/x,

(6)

whereas logarithms in other bases have the more complicated derivative

 d/(dx)log_bx=1/(xlnb).

(7)

NaturalLogBranchCut

The natural logarithm can be analytically continued to complex numbers as

 lnz=ln|z|+iarg(z),

(8)

where |z| is the complex modulus and arg(z) is the complex argument. The natural logarithm is a multivalued function and hence requires a branch cut in the complex plane, which the Wolfram Language's convention places at (-infty,0].

NaturalLogReImAbs
 
 
  Min   Max    
  Re    
  Im      

The principal value of the natural logarithm is implemented in the Wolfram Language as Log[x], which is equivalent to Log[Ex]. This function is illustrated above in the complex plane.

Note that the inverse trigonometric and inverse hyperbolic functions can be expressed (and, in fact, are commonly defined) in terms of the natural logarithm, as summarized in the table below. Therefore, once these definition are agreed upon, the branch cutstructure adopted for the natural logarithm fixes the branch cuts of these functions.

function symbol definition
inverse cosecant csc^(-1)z -iln(sqrt(1-1/(z^2)+i/z))
inverse cosine cos^(-1)z 1/2pi+iln(iz+sqrt(1-z^2))
inverse cotangent cot^(-1)z 1/2i[ln((z-i)/z)-ln((z+i)/z)]
inverse hyperbolic cosecant csch^(-1)z ln(sqrt(1+1/(z^2))+1/z)
inverse hyperbolic cosine cosh^(-1)z ln(z+sqrt(z-1)sqrt(z+1))
inverse hyperbolic cotangent coth^(-1)z 1/2[ln(1+1/z)-ln(1-1/z)]
inverse hyperbolic secant sech^(-1)z ln(sqrt(1/z-1)sqrt(1/z+1)+1/z)
inverse hyperbolic sine sinh^(-1)z ln(z+sqrt(z^2+1))
inverse hyperbolic tangent tanh^(-1)z 1/2[ln(1+z)-ln(1-z)]
inverse secant sec^(-1)z 1/2pi+iln(sqrt(1-1/(z^2))+i/z)
inverse sine sin^(-1)z -iln(iz+sqrt(1-z^2))
inverse tangent tan^(-1)z 1/2i[ln(1-iz)-ln(1+iz)]

The Mercator series

 ln(1+x)=x-1/2x^2+1/3x^3-...

(9)

gives a Taylor series for the natural logarithm.

Continued fraction representations of logarithmic functions include

 ln(1+x)=x/(1+(1^2x)/(2+(1^2x)/(3+(2^2x)/(4+(2^2x)/(5+(3^2x)/(6+(3^2x)/(7+...)))))))

(10)

(Lambert 1770; Lagrange 1776; Olds 1963, p. 138; Wall 1948, p. 342) and

 ln((1+x)/(1-x))=(2x)/(1-(x^2)/(3-(4x^2)/(5-(9x^2)/(7-(16x^2)/(9-...)))))

(11)

(Euler 1813-1814; Wall 1948, p. 343; Olds 1963, p. 139).

For a complex number z, the natural logarithm satisfies

lnz = ln[re^(i(theta+2npi))]

(12)

= lnr+i(theta+2npi)

(13)

and

 PV(lnz)=lnr+itheta,

(14)

where PV is the principal value.

Some special values of the natural logarithm include

ln(-1) = ipi

(15)

ln0 = -infty

(16)

ln1 = 0

(17)

lne = 1

(18)

ln(+/-i) = +/-1/2pii.

(19)

Natural logarithms can sometimes be written as a sum or difference of "simpler" logarithms, for example

 ln(2+sqrt(3))=2ln(1+sqrt(3))-ln2,

(20)

which follows immediately from the identity

 2+sqrt(3)=1/2(1+sqrt(3))^2.

(21)

Plouffe (2006) found the following beautiful identities:

ln2 = 10sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(pin)+1))+6sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(pin)-1))-4sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(2pin)-1))

(22)

ln3 = 9sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(pin)-1))+(49)/3sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(pin)+1))-(14)/3sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(2pin)+1))+sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(3pin)-1))-7/3sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(3pin)+1))+2/3sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(6pin)+1))

(23)

ln5 = (57)/4sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(pin)-1))+(91)/4sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(pin)+1))-(13)/2sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(2pin)+1))+3/4sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(5pin)-1))-7/4sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(5pin)+1))+1/2sum_(n=1)^(infty)1/(n(e^(10pin)+1)).

(24)


REFERENCES:

Euler, L. "Commentatio in fractionem continuam qua illustris La Grange potestates binomiales expressit." Mém. de l'Acad. imperiale des sciences de St. Pétersbourg 6, 1813-1814.

Lagrange, J.-L. "Sur l'usage des fractions continues dans le calcul intégral." Nouv. mém. de l'académie royale des sciences et belles-lettres Berlin, 236-264, 1776. Reprinted in Oeuvres, Vol. 4, pp. 301-302.

Lambert, J. L. Beiträge zum Gebrauch der Mathematik und deren Anwendung. Theil 2. Berlin, 1770.

Olds, C. D. Continued Fractions. New York: Random House, 1963.

Plouffe, S. "Identities Inspired from Ramanujan Notebooks (Part 2)." Apr. 2006. http://www.lacim.uqam.ca/~plouffe/inspired2.pdf.

Wall, H. S. Analytic Theory of Continued Fractions. New York: Chelsea, 1948.

Zwillinger, D. (Ed.). CRC Standard Mathematical Tables and Formulae, 30th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 1996.

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد