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《數學心》第66章 約翰・納皮爾對數計算尺
  在400多年前,人類還沒有發明計算機,還只能做加、減、乘、除等簡單運算。但是隨著科學技術的發展,特別是隨著天文學和力學的迅速發展,科學家要面對許多複雜的計算,這就促使他們去尋找簡化複雜計算的方法。對數運算與對數表就是在這樣的背景下產生的。

  人們應該把造出第一張對數表歸功於喬伯斯特-比爾吉(JobstBurgi,1552-1632)和約翰-納皮爾(John Napier,1550-1617)。他們在製作對數表的過程中所花費的巨大的勞動使人驚訝。

  1614年,約翰?納皮爾說:“計算天文學就需要球面三角形,計算球面三角形就需要很多連乘,計算連乘太費腦子,需要知道一個好辦法,而這個好辦法就是對數運算。”此刻,他寫了《奇妙的對數規律的描述》。還留下了納皮爾數。

  1617年,布裡格斯說:“我的老師納皮爾死後,我希望自己列出以10為底的對數表,工作很累,但是方便後人。”然後他出版了《自然數從1到1000的對數》,其中引入了以10為底的對數。

  喬伯斯特-比爾吉出生於瑞士,是一個能乾的鍾表匠和天文儀器技師,他沒有受過高等教育,他取得的成就完全是靠他突出的才能與勤奮的工作。他和發現行星運行三大定律的德國著名科學家開普勒(Kepler,1571-1630)一起工作,因為需要進行大量的計算,這就促使他去尋找快速計算的方法。1620年,比爾吉出版了《算術與幾何進展一覽表》。獨立與納皮爾,比爾吉也開始製作對數表了。

  開普勒對比爾吉說:“你找好了更好的乘法計算了嗎?”

  比爾吉說:“我知道了,對數運算可以實現。”

  開普勒說:“由於對數運算有換底公式,所以只要選擇一個適當的底,關於這個底製作出對數表,則關於其他底的對數表就很容易製作出來了。那麽以什麽數作為底最合適呢?”

  比爾吉說:“首先,對數表需要滿足一個基本條件:表中對數的間隔要充分小,而真數的間隔也要充分小,例如為0.0001。這樣當我們從真數求對數時,很容易在表中找到這個真數的精確值或近似值,從而很快在同一行讀出它的對數值;而當我們從對數求真數時,也很容易在表中找到這個對數的精確值或近似值,從而很快在同一行讀出它的真數值。”

  比爾吉說:“我們取的底應該是一個指數形式,指數是一個比較大的數,如10000,而底越接近1,真數這一列的間隔就越小。”

  開普勒說:“求什麽樣的底最合適呢?”

  比爾吉說:“為了造第一張對數表時便於計算,必須取形如(1+1/n)n的數為底,其中n為一個較大的整數,如n=1000,10000等,n越大,所造的表越精確。”

  別爾基造的對數表就是用數1.000110000做底的,這張表在1620年出版,稱為“算術級數和幾何級數表”。別爾基從1603年到1611年共用了八年的時間來造表,為什麽要用這麽多時間呢?你們可以想一下,表中對數的間隔是0.0001,從0到1就要計算10000個真數的值。製作整個對數表,別爾基總共做了230,000,000個以上的數依次乘以1.0001的乘法計算。

  別爾基造的對數表沒有得到廣泛的推廣,

因為在1620年,納皮爾出版了比別爾基造的表完善得多的對數表,稱為“珍奇對數表”。納皮爾的對數表是以1.00000011000000做底的,因此更加精確。為了製作這張表,納皮爾用了20年的時間。  後來,1620年,甘特說:“我製作了一種機械裝置,甘特式計算尺,它使用一把尺和一個圓規,基於對數來做乘法。”

  1624年,布裡格斯出版了《對數的算術》他說:“其中引入了術語“尾數”和“特征”。他給出了自然數1到20000以及90000到100000的對數,計算到14位小數,同時也給出了15位小數的正弦函數表和10位小數的正切及正割函數表。”

  1630年,奧特雷德說:“我發明了一種早期形式的圓形計算尺,它使用兩個甘特計算尺。”

  法國數學家和天文學家拉普拉斯(,1749-1827)說:“一個人的壽命如果不拿他在世上的時間長短來計算,而是拿他一生中的工作多少來衡量,那麽可以說,對數的發明等於延長了人類的壽命。”

  恩格斯曾經將解析幾何、對數及微積分並列為十七世紀三個“最重要的數學方法”,而對數的計算又離不開對數表,由此可知對數表的製作成功對科學發展的重要意義。

  隨著牛頓和萊布尼茲創立了微積分,柯西和魏爾斯特拉斯等人奠定了微積分的基礎,建立了嚴格的極限理論,人們發現當n無限增加時,數列(1+1/n)n極限存在,這個極限是一個無理數,等於2.71828182845……,數學家把這個數用字母e來表示,是為了紀念偉大的瑞士數學家歐拉。但為了紀念納皮爾,這個數也叫作“納皮爾數”。

  因此,現在用的對數有兩種,一種叫自然對數,它以數e為底,另一種叫常用對數,它以10為底。
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