对数的两个基本性质:幂法则与换底公式的推导
1. 对数的幂法则
定理表述
loga(bc)=c⋅logab
其中 a,b>0,a=1,c∈R。
推导过程
步骤 1:设变量
令 x=logab
根据对数定义:
ax=b
步骤 2:两边取 c 次幂
(ax)c=bc
利用指数法则 (ax)c=axc:
axc=bc
步骤 3:再用对数定义
由 axc=bc 可得:
xc=loga(bc)
步骤 4:代回 x
因为 x=logab,所以:
(logab)⋅c=loga(bc)
即:
loga(bc)=c⋅logab
2. 对数的换底公式
定理表述
logab=logcalogcb
其中 a,b,c>0,且 a=1,c=1。
推导过程
步骤 1:设变量
令 x=logab
根据对数定义:
ax=b
步骤 2:两边取以 c 为底的对数
logc(ax)=logcb
步骤 3:应用幂法则
这正是我们刚刚证明的幂法则!左边变为:
x⋅logca=logcb
步骤 4:解出 x
x=logcalogcb
步骤 5:代回原变量
logab=logcalogcb
3. 两个公式的内在联系
从推导过程中我们可以看到这两个公式之间的深刻联系:
-
推导顺序:我们先证明了幂法则,然后在推导换底公式时直接使用了幂法则。
-
依赖关系:
换底公式的推导⇒需要用到幂法则
-
内在逻辑:幂法则是更基本的性质,它来源于对数和指数的基本定义;而换底公式则是幂法则的一个巧妙应用。
推导关系图
总结
通过从最基本的对数定义出发,我们:
- 首先推导出幂法则 loga(bc)=c⋅logab
- 然后利用幂法则推导出换底公式 logab=logcalogcb