مراجعة الوحدة · جسر بصري · pH · ريختر · ديسيبل · نمو · فوائد مركبة · عمر النصف
أُدخل مفهوم اللوغاريتمات إلى الرياضيات في أوائل القرن السابع عشر على يد العالم جون نابير كوسيلة لتبسيط الحسابات؛ ليعتمد عليها الملاحون والعلماء والمهندسون مستخدمين المسطرة الحاسبة والجدول اللوغاريتمي. واستفادوا من خواص اللوغاريتمات باستبدال الضرب بجمع اللوغاريتمات: لوأ(سص)=لوأس+لوأص.
ويرجع الفضل في ربط اللوغاريتم بالدالة الأسية للعالم ليونهارد أويلر في القرن الثامن عشر، فاتسع مفهوم اللوغاريتم وارتبط بالدوال الحقيقية.
ويستفاد من المقياس اللوغاريتمي في مجالات واسعة: الديسيبل لقياس شدة الصوت، والأس الهيدروجيني pH في الكيمياء، ومقياس ريختر لقوة الزلازل.
الدالة الأسية د(س)=أس والدالة اللوغاريتمية ر(س)=لوأس دالتان عكسيتان — انعكاسهما في الخط س=ص. تحويل الضرب إلى جمع كان ثورة في الحساب قبل الحاسبات الحديثة.
لتبسيط المقادير في التطبيقات، نستخدم (حيث أ>٠، أ=١، س،ص>٠):
٢١=٢
حرّك س ولاحظ العلاقة العكسية بين ٢س و لو٢(⋅) — أساس التطبيقات في pH والريختر والديسيبل.
أربع مجالات تستخدم اللوغاريتمات يوميًا. كل بطاقة تربط الصيغة بالرسم التفاعلي:
إذا كان pH=٥.٤:
−log[H+]=٥.٤ ⟹ log[H+]=−٥.٤ ⟹ [H+]=10−5.4≈٣.٩۸×10−6 مول/لتر.
زلزال بقوة M1=٦ مقابل زلزال بقوة M2=٤:
I2I1=10M1−M2=10٦−٤=10٢=١٠٠
الزلزال الأقوى أشد بمقدار ١٠٠ مرة في الشدة المرجعية.
I2I1=10٧.٥−٥.٥=10٢=١٠٠ — نفس النسبة لأن الفرق درجتان.
حيث I شدة الزلزال و I0 شدة مرجعية. المقياس لوغاريتمي: زيادة درجة واحدة تعني زيادة الطاقة بحوالي ٣٢ مرة (تقريبًا 101.5).
إذا تضاعفت الشدة من I إلى 2I:
L2−L1=10log(2I/I0)−10log(I/I0)=10log2≈٣ dB
حيث I شدة الصوت و I0 شدة مرجعية (عتبة السمع ≈ 10−12 واط/م²). كل زيادة ١٠ dB تعني ضعف الشدة المحسوسة تقريبًا.
N0=١٠٠٠٠٠ نسمة، r=٠.٠٢:
بعد t=١٠ سنوات: N=١٠٠٠٠٠×١.٠٢١٠≈١٢١٩٠٠
بعد t=٢٠ سنة: N≈١٠٠٠٠٠×١.٠٢٢٠≈١٤٨٦٠٠
متى يتضاعف السكان؟ نحل N0(١+r)t=2N0:
(١+r)t=٢ ⟹ t⋅log(١+r)=log٢ ⟹ t=log(١+r)log٢
عند r=٠.٠٢: t≈٠.٠٠٨٦٠.٣٠١≈٣٥ سنة.
P=١٠٠٠٠ جنيه، r=٠.٠٨ (٨%)، n=١ (سنويًا)، t=٥:
A=١٠٠٠٠×١.٠٨٥≈١٤٦٩٣ جنيه.
P=٥٠٠٠، r=٠.٠٦، n=٤، t=٨:
A=٥٠٠٠(١+٤٠.٠٦)٣٢=٥٠٠٠×١.٠١٥٣٢≈٨٠٧٠ جنيه.
حيث P رأس المال، r معدل الفائدة السنوي (كسري)، n عدد مرات التركيب في السنة، t الزمن بالسنوات.
نصف عمر T=٥ سنوات. بعد t=١٥ سنة:
N=N0(٢١)١٥/٥=N0(٢١)٣=٨N0 — يتبقى ٨١ من الكمية الأصلية (١٢.٥%).
حيث T فترة عمر النصف — الزمن اللازم لانخفاض الكمية إلى نصف قيمتها.
أوجد [H+] تقريبًا (مول/لتر).
زلزال M=7.5 مقابل M=5.5 — كم مرة أقوى في الشدة؟
قيمة المبلغ بعد ٨ سنوات (فائدة مركبة سنوية).
مادة نصف عمرها 12 سنة — نسبة المتبقي بعد 36 سنة؟
أوجد x (لأقرب رقمين عشريين).
خاصية الضرب: لو(100⋅1000)=لو100000