指数函数和对数函数公式的推导：指数函数和对数函数

指数函数和对数函数公式的推导：指数函数和对数函数首先需要掌握三点:指数运算法则、对数和指数的关系 以及对数运算法则.双曲函数.如何求解涉及指数函数和对数函数的极限问题;对数函数的微分;指数增长和指数衰变;

第 9 章指数函数和对数函数

本章的主要内容:

• 回顾指数函数和对数函数的基本知识 以及两者是如何相互关联的;

• e 的定义和性质;

• 如何对指数函数和对数函数求导;

• 如何求解涉及指数函数和对数函数的极限问题;

• 对数函数的微分;

• 指数增长和指数衰变;

• 双曲函数.

9.1 基础知识

首先需要掌握三点:指数运算法则、对数和指数的关系 以及对数运算法则.

9.1.1 指数函数的回顾

例如 数 2^(−5/2) 是一个底数为 2 指数为 -5/2 的幂. 指数运算法则告诉我们指数函数如何运算的:

至于指数函数的图像 可以查看第一章的内容 跳转链接>>>.

符号解释:

9.1.3 对数函数、指数函数及反函数

关注两者的关系 请直接看下面的动图图片吧.

9.1.4 对数运算法则

9.2 e 的定义

9.2.1 一个有关复利的问题

更详细内容请查看《自然常数 E 的故事》文章中的内容 跳转链接>>>.

注意: 因为以 e 为底的对数是如此常见 所以经常会用 ln(x) 而不是 log 表示(读 x 的自然对数). 底数为 e 的对数称为自然对数.

9.3 对数函数和指数函数求导

9.4 求解指数函数或对数函数的极限

9.5 取对数求导法

取对数求导法是一个有用的技巧 可以处理这样 f(x)^g(x) 这样底数和指数均为 x 的函数的导数问题. 下面的例子:

9.6 指数增长和指数衰变(Exponential Growth and Decay)

自然界中某些情况下 动物种群的总数会呈现指数增长 还有物质会有指数衰变 如放射性衰变可以帮助来确定物质的年龄.

9.6.1 指数增长

假设有一个种群以指数增长. 用符号表示 设 P 是在时刻 t 时的总数 并设 k 是增长常数. P 的微分方程为:

9.6.2 指数衰变

自然界中有些元素的原子具有放射性 一段时间后 原子核分裂 它们变成别的元素 同时释放出能量.

这里的 k 是常数 也就是说 P 的变化率是 P 的负倍数.

还有数量减半的时间长度被称为原子的半衰期(half-life).

9.7 双曲函数

双曲函数是伪装的指数函数 并且在很多方面又和三角函数非常相似.

除了 cosh(x) 双曲余弦函数和 sech(x) 双曲正割函数是偶函数外 所有的双曲三)角函数都是奇函数. 这和原来常规的三角函数的情况相同!(本章完)

「予人玫瑰 手留余香」

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