在中学教科书中,除了常用对数\(lg x\)外,还有自然对数\(\ln x\),它表示以\(e\)为底的对数,这里e=2.718 281 828\(\cdots\)为什么把以\(e\)为底的对数称为自然对数呢?
在现代的教科书中,对数函数是按指数函数的反函数来定义的,但历史上并非如此。对数是苏格兰数学家约翰·纳皮尔于1614年首先提出来的。纳皮尔发明的对数可把两个数的乘法运算转换成加法运算,从而大大简化了当时天文、航海等科学领域中遇到的繁杂计算问题。一个满足下列性质的函数
\[y=f(x),(x>0);\]
\[f(x_1x_2)=f(x_1)+f(x_2),f(1)=0.\] 称为一个对数函数。人们在寻求对数函数的过程中发现了下列一个事实:任意给定一个正的常数\(c\),并在第一象限中考虑双曲线\(y=c/x,(x>0),\)如图所示。
设\(s\)为任意一个正数,并把图中阴影部分的面积记为\(L_c(s)\)。我们约定,当\(s=1\)时,这个面积为0;当\(s>1\)时,其面积为正;而当\(\)时,其面积为负。在这种约定下,函数\(L_c(s)\)就是一个对数函数。
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第一象限中的双曲线 \(y=\frac{c}{x}\) |
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苏格兰数学家约翰 纳波尔 |
现在,我们把\(c=1\)所对应的对数函数记为\(y=L(s)\)。当时有人就把\(L(s)\)称作自然对数,这是因为它是对数函数\(L_c(s)\)中最为简单的对数函数,为了便于计算,还可用它去表示其他对数函数。实际上,早在纳皮尔提出对数的第二年,有人就利用它编制出了对数表,并附录在纳皮尔的书中。但当时人们并不知道什么是数e,也没有“对数函数的底”这个概念。
到了18世纪,欧拉把对数函数与指数函数联系起来,将对数函数看成指数函数的反函数,这时才有了对数函数的底这个概念。欧拉还发现,被人们称作自然对数底的数恰好就是数e。