المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر

[ليكن أملكم بالله قوي]
20-7-2017
أميّة بن أبي الصلت
24-1-2023
كيف نتقرّب إلى الله تعالى ؟
21-12-2020
عمليات خدمة محصول القطن (مكافحة الادغال التي تصيب محصول القطن)
2024-09-29
قاعدة « كلّ من مرّ بميقات وجب عليه الإحرام‌ »
20-9-2016
دور الاعلام الديني
17-8-2019

Elementary Theory of integration -The Logarithm and Exponential Functions  
  
377   01:26 مساءاً   date: 1-12-2016
Author : Murray H. Protter
Book or Source : Basic Elements of Real Analysis
Page and Part : 96-100

The reader is undoubtedly familiar with the logarithm function and the exponential function. In this section, we define these functions precisely and develop their principal properties.

Definitions

The natural logarithm function, denoted by log, is defined by the formula

                     

    Theorem 1.1

   Let f :x → log x be defined for x> 0 and suppose a and b are positive numbers. The following statements hold:

 (i) log (ab) =log a + log b.

  (ii) log 1 0.

   (iii) log (ar) = r log a  for every rational number r.

  (iv) f/(x) =1/x.

      (v) log x →+∞ as x →+∞.

    (vi) The range of f is all of R1.

Proof

To prove (i), we write

Changing variables in the last integral on the right by letting u = t/a, we see that

Hence log(ab) = log a + log b.

Figure 1.1 The logarithm and its inverse.

 

To verify (ii) simply set b = 1 in the above formula.

To establish (iii)we proceed step by step. If r is a positive integer, we get the result from (i) with a = b and mathematical induction. For negative integers, write a−n= 1/an. Finally, if r = p/q where p and q are integers, set u = a1/q, and thus uq= a. Hence q log u = log a. Since

ar= ap/q= up,

we have

Statement (iv) is simply a statement of the Fundamental theorem of calculus.

To prove (v), note that if x> 2n, n a positive integer, then

the last inequality being obvious from Figure 1.1(a). That the range of f is all of R1 (vi) follows from the Intermediate-value theorem.

Since the logarithm function is strictly increasing, its inverse is a function; therefore, the following definition makes sense.

Definition

The inverse of the logarithm function is called the exponential function and is denoted by exp.

Theorem 1.2

If f :x → exp x is the exponential function, the following statements hold:

(i) f is continuous and increasing for all x R1; the range of f is I={x:0 <x< +∞}.

(ii) f/(x) =exp x for all x.

(iii) exp (x + y) =( exp x) · ( exp y).

(iv) exp (rx) =( exp x)r, for r rational.

(v) f(x) →+∞  as  x →+∞.

(vi) f(x) → 0 as x →−∞.

(vii) log ( exp x) = x for all x R1 and exp ( log x)= x for all x> 0.

(viii) If a> 0 and r is rational, then exp (r log a) = ar

Proof

Items(i) and (vii) are immediate consequences of the Inverse function theorem.

To establish (ii), first set y =exp x. By the Chain rule applied to log y =x, it follows that.

To prove (iii), set y1 = exp x1 and y2 = exp x2. Then x1 = log y1, x2 = log y2, and

The formula in (iv) is obtained by induction (as in the proof of part (iii) of Theorem1.1). The proofs of (v) and (vi) follow from the corresponding results for the logarithm function. See Figure 5.4, in which we note that since the exponential function is the inverse of the logarithm, it is the reflection of the logarithm function with respect to the line y = x.Item (viii) is simply proved: exp(r log a) = exp(log(ar)) =ar.

Expressions of the form

ax,a> 0,

for x rational have been defined by elementary means. If x = p/q, then wemerely take the pth power of a and then take the q th root of the result.

However, the definition of quantities such as

 cannot be given in such an elementary way. For this purpose, we use the following technique.

Definition

For a> 0, and x ∈ R1, we define

ax= exp(x log a).

Observe that when x is rational this formula coincides with (viii) of Theorem 1.2, so that the definition is consistent with the basic idea of “raising to a power.”

Definitions

If b> 0 and b ≠ 1, the function log b (called logarithm to the base b)is defined as the inverse of the function f : x → bx. When b =10 we call the function the common logarithm.

The number e is defined as exp 1. In the graph of Figure 1.1(b) we can estimate the value of e as a number slightly larger than 2.7. The following statements about e are mostly self-evident:

Problems

1. Given f : x → ax, show that f/(x) = ax log a. (Theorem1.2, Part(ii).)

2. Given f : x → xn with n any real number; show that f/(x) = nxn−1.

3. Show that 2 <e< 4.

4. Prove that limx→0+ (1 + x)1/x= e.


Basic Elements of Real Analysis, Murray H. Protter, Springer, 1998 .Page(96-100)

                                                                 

 




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.