指数与对数的转换公式例题（指数与对数的转化公式）作者 林开亮 西北农林科技大学理学院 来源 科学世界 2023 3 第 375 期 感谢 科学世界 授权转载 斯图尔特 英国当代著名数学家 数学科普作家斯图尔特曾说 数学是关于模式的科学 而且自然界利用了其中每一种模式 在种种模式中 指数与对数也许是最频繁 最重要的 其实在很早的时候我们就接触到指数模式了 十进制记数法中的 个 十 百 千 万 等单位 本质上就是以 10 为底的指数
大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。
讯享网
来源 |《科学世界》2023.3第375期，感谢《科学世界》授权转载！
斯图尔特
英国当代著名数学家、数学科普作家斯图尔特曾说：“数学是关于模式的科学，而且自然界利用了其中每一种模式。”在种种模式中，指数与对数也许是最频繁、最重要的。
其实在很早的时候我们就接触到指数模式了。十进制记数法中的“个、十、百、千、万”等单位，本质上就是以10为底的指数，而庄子所谓“一尺之棰，日取其半，万世不竭”则涉及以1/2为底的指数。指数模式，不是别的，正是等比数列。
现在我们不难理解为何指数模式频繁出现了。如伽利略所述，大自然这本书是用数学的语言写成的。数字与图形，是两种最基本的数学语言，分别对应于代数与几何。从代数上看，数字的基本运算有四个：加减乘除。其中，加法与乘法是更基本的，分别引出减法与除法。从加法的角度看，最简单的数列是等差数列，如1,2,3,4，…，其公差为1；从乘法的角度看，最简单的数列是等比数列，如1,2,4,8，其公比为2。如果考虑以1为首项，10为公比的等比数列，就得到1,10,100,1000,10000，…，这就是十进制下的单位“个、十、百、千、万”等。
等差数列所体现的增长或衰减（取决于公差大于0还是小于0），一般称为算术增长或衰减，因为等差数列也称为算术数列；而所有项为正数的等比数列所体现的增长或衰减（取决于公比大于1还是小于1），一般称为几何增长或衰减，因为等比数列也称为几何数列。从图像上看，等差数列在一条直线上，而等比数列则在一条曲线上，它上升或下降的速率正比于所在点的纵坐标。一个基本的事实是，算术增长敌不过几何增长，这也正是为什么当初科学家提出要控制人口数量的缘故：在不干预的自然情况下，人口的增长是几何增长，而粮食的增长是算术增长，长此以往，粮食不够吃，危机就来了。
我在给大一新生上微积分课时，必然会讲到指数函数这个最重要的函数。我常常举一个例子来赋予指数函数具体的形象。比如有两个同学甲和乙，刚入学时数学上的能力是差不多的，比如说都是1。他们都上微积分课，不过有点差别，甲是躺平型，始终保持着第一天的能力值1，而乙是上进型，每天比前一天进步1个百分点。那么，学习100天之后，乙的能力值就变成了1.01的100次方，这是多大呢？大约2.7。这个差别其实挺大的，如果我把能力值换成体重，你就能明白了：设想你入学第1天100斤，100天以后就变成270斤的胖子！不敢想吧？
指数模式与通过复利“钱生钱”关联密切。但实际上，它是一种极普遍的模式。指数模式在几何中也有体现，例如对数螺线—注意，对数本质上是倒过来看指数。17世纪的瑞士数学家雅各布·伯努利对这条曲线情有独钟，称它是“神奇的螺线”，并要求后人将它刻在自己的墓碑上，并题词“虽然时代一直变，我一如既往向前。”
毫无疑问，指数与对数之模式的重要性与普遍性还会继续发扬光大，正如伯努利所写的题词，会“一如既往向前”。
林开亮，本科毕业于天津大学，博士毕业于首都师范大学，现任教于西北农林科技大学理学院。教学之外，热衷于数学的普及传播，在《数学传播》《数学文化》《数学通报》发表多篇文章。翻译《当代大数学家画传》《数学与人类思维》《微积分溯源》《数学家讲解小学数学》，主编《杨振宁的科学世界》。活跃于“好玩的数学”“和乐数学”等微信公众号。
林开亮老师的往期作品链接>>
林开亮、刘新亮：向量将几何代数化举例
林开亮：从杨辉三角到李善兰垛积术
林开亮：微积分之前奏1：高阶等差数列的求和
林开亮：1939年全国数学高考题及其分析
林开亮：从咸道老师梦得的数学题谈起
林开亮、刘建新：从矩阵博士的代数等式谈起
林开亮：波利亚《数学的发现》压轴题
林开亮：答读者问：等幂和的计算
林开亮：正弦函数之和是周期函数吗？
林开亮：三角函数中的“蝌蚪找妈妈”
林开亮：等幂差公式：一个主旋律的十个变奏曲
林开亮：从《数学通报》问题 2268 到欧拉公式、高斯分圆
林开亮、孙志跃：从代数方程求三角函数：从cos72°的计算谈起
林开亮：为什么直角三角板只有两种
林开亮：从一个只有平凡解的方程谈起
林开亮：名校数学博士资格考题一瞥（修订版）
林开亮：费马遗漏的方程：x³+y³=z²
林开亮：数学归纳法简介
林开亮：从标准定理与常规练习提问
林开亮：华罗庚的生平与工作概览
林开亮：数学的美
林开亮：21世纪的回想：Abel奖20周年回顾
传播数学，普及大众
长按识别二维码关注我们
欢迎把我们推荐给你身边的朋友
版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容，请联系我们，一经查实，本站将立刻删除。
如需转载请保留出处：https://51itzy.com/kjqy/137194.html