2017年高考已经结束,无论结果如何,只要努力就行,祝愿所有都能取得理想成绩。
俗话说条条大路通罗马,高考是很多人实现梦想的地方,但实现梦想不只高考这么一条路,只要肯努力,一定会慢慢实现自己的梦想。
高考数学作为高考当中一门重要科目,很多时候能起到拉分作用,自然而然受到考生特别关注。同时高考数学里面包含众多数学知识点和数学思想方法,也是让很多考生头疼的地方。如对数知识,看似简单,但需要牵扯大量计算和公式运用,也是一些考生容易失分。
今天我们不说对数知识点,而是来聊聊对数的历史。
大家都知道如果a的x次方等于N(a>0,且a不等于1),那么数x叫做以a为底N的对数(logarithm),记作x=logaN。其中,a叫做对数的底数,N叫做真数。那么对数为何会成为中学数学重要内容之一,成为每个人必学的数学知识内容呢?我们就一起来简单了解一下。
对数的运算,在初等数学里面可以说是高级运算。在16世纪和17世纪时候,欧洲因科技的发展促进社会不断发展,同时随着天文、航海、工程、贸易、军事等各方面不断发展,对科技等各方面也提出更高的要求,需要更先进的技术,如改进数字计算方法就成了当务之急。
在16世纪和17世纪相交时期,随着科技不断发展,人们的认知也越来越理性,这也促进哥白尼的“太阳中心说”的流行,间接导致天文学成为当时的热门学科。研究天文学需要很多学科作为支持,如数学是其中重要一门,但由于当时数学知识的局限性,天文学家们不得不花费很大的精力去计算那些繁杂的“天文数学”。因此,有时候只是为了计算一个数字,天文学家们却需要浪费了若干年甚至毕生的宝贵时间。
苏格兰数学家约翰·纳皮尔也是当时的一位天文爱好者,在研究天文学的过程中,因很多时候数据过于庞大,计算不方便,不说增加工作量,经常很容易出错。因此,他为了简化研究天文学过程中的计算量,增加工作效率,潜心研究大数字的计算技术,发明了对数这个概念。纳皮尔这一发现,不仅直接促进天文学界的发展,更是数学史上的重大事件。
不过值得注意的是纳皮尔所发明的对数,跟现代数学中的对数理论还是有点差异,这是为什么呢?
这里有个很有意思的现象,从现代数学角度来讲,如果问大家对数和指数什么关系?对数和指数谁先出现?一般人都能会回答指数先出现,它们是互逆关系,这是因为在现代数学课本里,学习对数是通过指数引导出来。其实在纳皮尔那个时代,指数这个概念还没出现,或者是具体概念还没形成。因此,纳皮尔研究对数并不是通过指数来引出,而是通过研究直线运动得出对数这一概念。
指数符号是在1637年由法国数学家笛卡儿最开始先使用,直到18世纪,才由瑞士数学家欧拉发现了指数与对数的互逆关系。对数的发现先于指数,这也是数学史上比较珍贵一段趣闻。
没有指数的指引,在这样的背景下纳皮尔去发现对数的运算,是一件非常困难的事情。为了简化在天文学研究过程中遇到困难,纳皮尔发明了一种计算特殊多位数之间乘积的方法让我们来看看下面这个例子: (1)0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14,… (2)1,2,4,8,16,32,64,126,256,512,1024,2048,4096,8192,16384,… 这两行数字之间的关系是极为明确的:
第(1)行表示2的指数,第(2)行表示2的对应幂。
如果我们要计算第二行中两个数的乘积,可以通过第一行对应数字的和来实现。如计算64×256的值,就可以先查询第一行的对应数字:64对应6,256对应8;然后再把第一行中的对应数字加起来:6+8=14;第一行中的14,对应第二行中的16384,所以有:64×256=16384。从这里我们就可以看出,纳皮尔的这种计算方法,实际上已经完全是现代数学中“对数运算”的思想了。
经过多年的实践探索,理论认证,纳皮尔在1614年出版了名著《奇妙对数定律说明书》,向世人详细说明了对数作用、运算规律等等。因此,纳皮尔也被誉为“对数缔造者”。
之后纳皮尔的朋友布里格斯通过研究《奇妙的对数定律说明书》,深感对数这一发现的伟大,同时也感到按照书中对数在实际中运用起来不是很方便,不便于推广和应用。因此,布里格斯就与纳皮尔讨论之后,使1的对数为0,10的对数为1,这样就得到了以10为底的常用对数。1624年,布里格斯出版了《对数算术》,公布了以10为底包含1~20000及90000~100000的14位常用对数表。
后人根据对数运算原理,还发明了对数计算尺。300多年来,对数计算尺一直是科学工作者,特别是工程技术人员必备的计算工具,直到20世纪70年代才让位给电子计算器。
对数的出现,很好的证明数学来源于生活,同时又服务于生活,促进生产力的发展。恩格斯在他的著作《自然辩证法》中曾经把笛卡儿的坐标、纳皮尔的对数、牛顿和莱布尼兹的微积分共同称为十七世纪的三大数学发明。
法国著名的数学家、天文学家拉普拉斯这么评价:对数,可以缩短计算时间,在实效上等于把天文学家的寿命延长了许多倍。
伽利略说:给我空间、时间及对数,我就可以创造一个宇宙。
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