К справочнику

Степени и логарифмы

Переводим повторное умножение в степень и находим число испытаний с помощью логарифма.

Перед чтением

Что вы разберёте в этой статье

Переводим повторное умножение в степень и находим число испытаний с помощью логарифма.

Простыми словами

Здесь разбирается математический инструмент, который понадобится дальше. Сначала поймите смысл действия на простом числе или рисунке, а затем переходите к буквенной записи.

Основные понятия
  • степень
  • логарифм
  • лог
  • ln
Как читать формулы

Под каждой формулой дана расшифровка величин и условий. Сначала определите, что известно, затем проверьте ограничения и только после этого подставляйте числа.

Как закрепить

После теории решите три задачи: простую, среднюю и сложную. Подсказка, шаги решения и ответ открываются отдельно.

Раздел: Математическая основа · университетский уровень

От повторения к степени

Для положительного целого nn степень ana^n означает произведение nn одинаковых множителей. При a0a\ne0 принято a0=1a^0=1 и an=1/ana^{-n}=1/a^n. В вероятности степень qnq^n часто возникает как вероятность nn независимых неудач, если каждая имеет вероятность qq.

Область определения важна. Выражение lnx\ln x в действительных числах определено только при x>0x>0. Поэтому граничные вероятности p=0p=0 и p=1p=1 нужно рассматривать отдельно, а не подставлять бездумно в логарифмическую формулу.

Обратная задача

Логарифм обращает возведение в степень: log28=3\log_2 8=3, поскольку 23=82^3=8. Натуральный логарифм ln\ln использует основание ee. При решении отношения двух логарифмов можно использовать любое одно и то же допустимое основание.

Нужно добиться вероятности хотя бы одного успеха не ниже rr. Для независимых одинаковых попыток это 1(1p)nr1-(1-p)^n\ge r. Следовательно, (1p)n1r(1-p)^n\le1-r. Логарифм сохраняет порядок, но последующее деление на отрицательное ln(1p)\ln(1-p) меняет знак неравенства.

Проверяем целую границу

Число попыток целое. Найденную дробную нижнюю границу округляют вверх и проверяют подстановкой это число и предыдущее. Это также защищает от машинного округления около целого.

Не применяйте правило ln(a+b)=lna+lnb\ln(a+b)=\ln a+\ln b: оно неверно. Верное правило для положительных чисел — ln(ab)=lna+lnb\ln(ab)=\ln a+\ln b. Статья служит математической подготовкой; конкретный обязательный класс по этой справочной заметке не объявляется.

Три примера

  1. 0,54=1/16=0,06250{,}5^4=1/16=0{,}0625.
  2. log100,001=3\log_{10}0{,}001=-3, потому что 103=0,00110^{-3}=0{,}001.
  3. При p=0,2p=0{,}2 для уровня r=0,9r=0{,}9 нужно nln0,1/ln0,810,32n\ge\ln0{,}1/\ln0{,}8\approx10{,}32. Минимум 1111: при десяти попытках 10,810<0,91-0{,}8^{10}<0{,}9, при одиннадцати уже больше.

Формула, смысл и ограничения

Главные формулы с расшифровкой

logab=cac=b,a>0, a1, b>0\log_a b=c\quad\Longleftrightarrow\quad a^c=b,\quad a>0,\ a\ne1,\ b>0

Формула словами: Логарифм отвечает на вопрос, в какую степень возвести основание.

Как применять: Определите, что обозначает каждая буква, приведите величины к одному виду и выполняйте действия по порядку.

nln(1r)ln(1p),0<p,r<1n\ge\frac{\ln(1-r)}{\ln(1-p)},\qquad 0<p,r<1

Формула словами: Минимальное целое число независимых попыток находят округлением вверх и проверкой границы.

Как применять: Определите, что обозначает каждая буква, приведите величины к одному виду и выполняйте действия по порядку.

От формулы к наблюдению

Попробуйте самостоятельно

Измените параметры и сопоставьте расчёт с результатами случайного эксперимента.

От простого к сложному

Проверьте себя

Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.

Простой

Чему равно 2⁻³?

Принимаются равные дроби и десятичная запись. Бесконечные дроби округляйте минимум до 6 знаков. Для процентов следуйте условию.

Средний

Найдите log₂32.

Принимаются равные дроби и десятичная запись. Бесконечные дроби округляйте минимум до 6 знаков. Для процентов следуйте условию.

Сложный

При p=0,2 сколько минимум независимых попыток нужно для вероятности хотя бы одного успеха не ниже 0,9?

Принимаются равные дроби и десятичная запись. Бесконечные дроби округляйте минимум до 6 знаков. Для процентов следуйте условию.

Закрепите прочитанное коротким тестом

Три уровня сложности, без подсказок и ответов до завершения.

Пройти тест по статье

Источники и соглашения

Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.