对于正实数 x 定义的函数 f (x ) = log2 x 的图像
在数学 中,以2 为底的对数 (log2 n ),又称二进制对数 ,是为了得到 n 必须将2 乘方的指数。
即对于任何实数 x ,
x
=
log
2
-->
n
⇔ ⇔ -->
2
x
=
n
{\displaystyle x=\log _{2}n\Leftrightarrow 2^{x}=n}
例如,log2 1 = 0 ,log2 2 = 1 ,log2 4 = 2 ,log2 32 = 5 。
以2 为底的对数是以2 为底的指数函数 的反函数 ,又记作 lb n [ 註 1] ,ld n 或 lg n [ 1] [ 註 2]
许多数学软件都有计算以2 为底的对数的功能。自C99 起的C语言标准数学函数库 [ 2] 和自C++11 起的C++语言标准数学函数库[ 3] 中包含了 log2
、log2f
及 log2l
函数用来计算以2 为底的对数。以2 为底的对数的整数部分可以由整数上的最高置位操作或查看浮点数 上的指数部分完成,分数部分也可以高效地计算。
历史
2 的乘方 自古以来就被人们所知:例如,它出现在几何原本 第九卷命题 32 和命题 36 中。而一个2 的乘方的以2 为底的对数仅仅是它在2 的乘方的序列中的位置。
以2 为底的对数最早的应用是在音乐理论 中,由莱昂哈德·欧拉 提出:两个音乐调的频率比的以2 为底的对数就是它们相差的八度 的个数。以2 为底的对数还可以用来计算一个数在二进制 中的长度,或是在信息理论 中编码一个信息所需的比特 个数。在计算机科学 中,它们决定了二叉搜索 和相关算法的迭代次数。在组合学 、生物信息学 、摄影学以及淘汰制 赛事的设计中,都常常用到以2 为底的对数。
定义和性质
以2 为底的对数可以定义为以2 为底的指数函数 的反函数 。以2 为底的指数函数是一个在正实数 上定义的严格递增函数,因而有唯一的反函数。也可以定义为 ln n /ln 2 ,其中 ln 是以任意一种标准方法定义的自然对数 。在这种定义中,如果使用复对数 ,那么以2 为底的对数的定义就扩展到复数 。例如,Microsoft Excel 提供了 IMLOG2
函数计算以2 为底的复对数。[ 4]
和其他对数一样,以2 为底的对数遵循以下等式,可以用来化简结合以2 为底的对数与乘法、乘方的式子:
log
2
-->
x
y
=
log
2
-->
x
+
log
2
-->
y
{\displaystyle \log _{2}xy=\log _{2}x+\log _{2}y}
log
2
-->
x
y
=
log
2
-->
x
− − -->
log
2
-->
y
{\displaystyle \log _{2}{\frac {x}{y}}=\log _{2}x-\log _{2}y}
log
2
-->
x
y
=
y
log
2
-->
x
{\displaystyle \log _{2}x^{y}=y\log _{2}x}
表示法
在数学中,以2 为底的对数通常记为 log2 n 。然而,有些作者用 lg n 表示以2 为底的对数,这也是芝加哥格式手册 中列出的表示形式。
注释
參考文獻