为什么以e为底的对数称为自然对数?

本文围绕“为什么以e为底的对数称为自然对数”的问题,梳理了对数的发展历程,介绍了纳皮尔发明对数的背景与作用、对数函数的定义、由双曲线面积定义的对数函数中c=1对应的对数因最为简单被称作自然对数,以及欧拉将对数函数与指数函数关联后提出对数函数底的概念,并发现自然对数的底恰好是数e的相关内容

为什么以e为底的对数称为自然对数

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=2.718281828…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称为一个对数函数:y=f(x)(x>0);f(x1x2)=f(x1)+f(x2);f(1)=0。

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。设s为任意一个正数,并把阴影部分的面积记为Lc(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s<1时,其面积为负。在这种约定下,函数Lc(s)就是一个对数函数。

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Lc(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。