4. Il logaritmo naturale.


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La funzione esponenziale naturale è definita per ogni x ∈ R ed è sempre crescente, quindi è biunivoca quindi invertibile. Esiste cioè una funzione, che potrebbe essere provvisoriamente chiamata invexp(x) tale che invexp(exp(x))=x.

Il dominio di invexp(x) coincide con il codominio di exp(x), quindi invexp(x) può essere applicata solo a numeri reali positivi.

La funzione invexp(x) è comunemente detta logaritmo naturale (o semplicemente logaritmo) e abbreviata in ln (talora anche in log).

Quindi, per definizione,

Eqn1.gif

Se Eqn2.gif allora Eqn3.gif, cioè le uguaglianze Eqn2.gif e Eqn4.gif sono perfettamente equivalenti: esse rappresentano la stessa relazione tra x and y.

In particolare, da Eqn5.gif si ottiene Eqn6.gif e da Eqn7.gif si ottiene Eqn8.gif.

 


La derivata del logaritmo

Dalla seconda delle (4.1) si ottiene

Eqn9.gif

Applicando la derivazione a catena delle funzioni composte si ha

Eqn10.gif

e infine

Eqn11.gif

 


Proprietà fondamentali dei logaritmi.

Le uguaglianze

Eqn12.gif

sono equivalenti a

Eqn13.gif

Moltiplicando membro a membro le (4.3) risulta

Eqn14.gif

e, dalle (4.4)

Eqn15.gif

Il logaritmo di un prodotto è uguale alla somma dei logaritmi dei singoli fattori.

Questa proprietà può essere facilmente estesa ad un numero qualunque di fattori.

 


Da Eqn6.gif si ottiene

Eqn16.gif

Eqn17.gif

Il logaritmo del reciproco di un numero è uguale all'opposto del logaritmo del numero stesso.


Applicando le due proprietà precedenti si ha

Eqn18.gif

Eqn19.gif

Il logaritmo del rapporto tra due numeri è uguale alla differenza tra i loro logaritmi.


Dato Eqn20.gif

si ha Eqn21.gif e, elevando entrambi i termini a Eqn22.gif,

Eqn23.gif

quindi

Eqn24.gif

Il logaritmo di una potenza è uguale al prodotto tra l'esponente e il logaritmo della base.


Eqn25.gif

Il logaritmo di un radicale è uguale al rapporto tra il logaritmo del radicando e l'indice del radicale.