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指数与对数

对数感觉像一个全新又吓人的东西。其实不是:对数不过是指数反着读。把这两条曲线看成互为镜像,整个话题就一下子通了。面向 11 年级。

互为「撤销键」

指数 y = bˣ 拿一个指数、给你一个:喂给它 3,底数为 2 就得到 2³ = 8。对数 y = logb x 反过来跑:喂给它 8,它把指数 3 还给你。它们互相撤销 —— 它们是反函数

而反函数有一个漂亮的视觉标志:它们的图像关于直线 y = x 互为镜像。把其中一条上任意一点的坐标对调,你就落到另一条上。

沿曲线拖动 🔵

沿 bˣ 拖动蓝点。它在 log_b x 上的绿色镜像,永远是同一个点、坐标对调 —— 关于虚线 y = x 对称。用按钮或滑块换底数。

该注意什么

对调坐标

当蓝点在 (3, 8) 时,绿点就在 (8, 3)。这就是「反函数」的全部含义 —— x 和 y 互换位置。虚线 y = x 就是它们照的那面镜子。

盯住锚点

永远过 (0, 1);它的镜像 logb x 永远过 (1, 0)。这就是为什么对任意底数都有 logb 1 = 0 —— 你看得见它。

把底数往下滑到 b < 1(试试 ½),两条曲线都翻转:指数现在衰减而不是增长,对数也随之镜像。特殊的底数 e ≈ 2.718 给出「自然」的一对 ln x,在 12 年级及以后你会到处遇到它们。

现实里的用处:以 2 为底的增长每一步翻倍(复利、人口);底数 < 1 是半衰期(放射性衰变、药物代谢出体外)。对数回答的是「要多少步才能达到这个大小?」准备好研究这些曲线的斜率时,可以看看傅里叶,或回到函数主页