sábado, 14 de marzo de 2015

La idea central del càlcul amb logaritmes

La idea central del càlcul logarítmic es, de fet, senzilla. Considerem les potències successives d'una base donada, per exemple, de base $2$:
$\{2^{0},2^{1},2^{2},2^{3},2^{4},2^{5},2^{6},2^{7},2^{8},2^{9},2^{10}, \ldots \}$, és a dir,
$\{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,\ldots \}$. Observem que si volem multiplicar dos nombres d'aquesta llista, per exemple $16$ per $32$, sense calculadora (ens constarà una mica, no gaire) n'hi ha prou que, entenent que el resultat ha de ser, lògicament, una altra potència de base $2$, ens adonem, a més a més, que ha de ser aquella que tingui com a exponent la suma dels exponents dels dos factors, $16$ i $32$ - expressats com a potències: $2^4$ i $2^5$ -, és a dir, el resultat (del producte) ha de ser la potència de base $2$ i exponent igual a $4+5$. Si tenim tabulats els valors de les potències en relació a l'exponent, tan sols caldrà consultar aquestes taules i ens estalviarem de fer aquesta multiplicació amb llapis i paper. Certament, els nombres $16$ i $32$ no són pas tan terribles; ho podríem fer amb llapis i paper sense tenir molts problemes – recordem que hem decidit no fer ús de la calculadora i volem reproduir la idea central del càlcul logarítmic, com en el segle disset -, però i si volguéssim multiplicar $32768$ per $2048$ (dos nombres que també són potències de base $2$, amb exponents respectius $15$ i $11$) ? Ara ja li comencem a veure el sentit, oi ? Doncs bé, procedirem de manera semblant. Diguem, primer de tot, que s'anomena logaritme en base $2$ a l'exponent de la potència (en base $2$) i antilogaritme al valor de la potència - tal com hem comentat, aquestes dues quantitats se suposa que les tenim tabulades i que les podem fer servir sempre que vulguem fer, per exemple, una multiplicació -; llavors, tan sols ens cal sumar els exponents dels factors (els logaritmes) i a partir del resultat d'aquesta suma, consultar la taula per trobar l'antilogaritme (el resultat del producte).


Esquematitzem aquests passos per fer-ne remarca:
Volem multiplicar $32768 \cdot 2048$, per això, llegim els exponents a les taules ( $15$ i $11$ ) i els sumem, $15+11 = 26$. A continuació, consultem a les taules quin és l'antilogaritme corresponent a l'exponent $26$ i obtenim el resultat de la multiplicació: $67\,108\,864$


Si en comptes de multiplicar volem dividir, per les propietats de les potències, caldrà fer quelcom semblant, però restant els logaritmes i, amb aquesta quantitat, llegir el valor de l'antilogaritme a les taules. I, no cal dir que també podem efectuar potències successives, calcular radicals, etcètera


Tot el que s'acaba de dir per a potències de base $2$ es pot generalitzar en la propietat
$\log_{b}{a}=l \Leftrightarrow b^l=a$, sigui quin sigui el valor de la base $b$ escollida (a l'exemple, per simplicitat, he escollit el valor $2$). Per calcular amb logaritmes, tan a les rutines numèriques de les calculadores científiques o dels programes de càlcul científic, com a les taules (que es feien servir no fa pas tants anys), s'utilitzen (de forma estàndard), les bases $10$ (logaritmes decimals o de Briggs) i la base $e=2,718281828 \ldots$ (logaritmes natural o de Neper , llatinització del cognom de John Napier).


[nota del autor]