Logarytm – logika i rytm?
Dodawanie jest łatwe. Każdy się z tym zgodzi. Ot, zapisujemy dodawane liczby jedna pod drugą, dodajemy kolejne cyfry, bacząc na przeniesienia i to wszystko. Gorzej jest z mnożeniem...

Wyznaczenie iloczynu liczby -cyfrowej przez liczbę
-cyfrową, gdzie
wymaga co najmniej dodania
liczb o około
cyfrach każda. Zajmuje to dużo miejsca, czasu. Łatwo się pomylić. Zastanówmy się zatem, czy nie dałoby się jakoś tak "zakodować" liczb, aby zamiast mnożyć liczby jako takie, dodawać ich kody, a następnie wynik odkodować, dostając iloczyn. Innymi słowy, pytamy o istnienie funkcji
która spełnia związek:
![]() |
(*) |
No tak, ale już na pierwszy rzut oka widać, że jedyną taką funkcją jest funkcja stale równa zeru. Bo przecież skąd
dla dowolnego
Hmm... To może złagodźmy nieco nasze wymagania? Właściwie po co mamy kodować zero? W końcu wszyscy wiedzą, jak się przez nie mnoży? Więcej - wystarczy takie kodowanie znaleźć tylko dla liczb dodatnich - przecież wiemy, jak znak iloczynu zależy od znaków czynników.
Tak więc szukamy funkcji która spełnia związek
i która nie jest stale równa zeru. Więcej, szukać będziemy takiego
które jest ciągłe, czyli które dla bliskich wartości argumentów przyjmuje bliskie wartości i to w dodatku tak, aby dokładnością tego przybliżenia można było "sterować".
Wraz z warunkiem otrzymujemy, że
zachodzi dla
oraz
całkowitych. Dalej, jeśli
to
dla pewnych
i wówczas

skąd dla
Czyli
zachodzi dla
oraz
wymiernego. Ponieważ każdą liczbę niewymierną można z dowolną dokładnością przybliżać liczbami wymiernymi, postulowana wcześniej ciągłość funkcji
pozwala wywnioskować, że równość
zachodzi dla dowolnej liczby rzeczywistej
Z założeń, jakie nałożyliśmy na można łatwo wywnioskować, że
Zauważmy, że
jest jedyną taką liczbą, dla której
się zeruje. Przypuśćmy bowiem, że dla pewnego
zachodzi
Niech dalej
Ponieważ funkcja wykładnicza o podstawie
przyjmuje wszystkie dodatnie wartości, więc istnieje takie
dla którego
Stąd jednak
co przeczy założeniom o
Udowodniona właśnie obserwacja implikuje w prosty sposób różnowartościowość funkcji Załóżmy bowiem, że
wówczas
skąd właśnie
czyli
Co więcej, jedyność miejsca zerowego funkcji
wraz z ciągłością tej ostatniej (a dokładniej z faktem, że ma ona własność Darboux) implikuje monotoniczność tej funkcji.
Niech bowiem i
Wówczas dla
wartości
i
są tego samego znaku (inaczej jakieś
między
i
zerowałoby wartość
co nie jest możliwe). To zaś dowodzi, że bądź
bądź
co wobec dowolności
i
dowodzi monotoniczności
Założyliśmy, że nie jest stale równa zeru, co oznacza, że istnieje
dla którego
Ponieważ
jedna z liczb
i
jest dodatnia, a druga ujemna. Oczywiście, możemy bez straty ogólności założyć, że to właśnie
Teraz, skoro
istnieją takie wymierne
dla których
oraz
skąd
Ponieważ
jest ciągła, spełnia ona własność Darboux, a stąd wynika, że istnieje taka wartość
pomiędzy
oraz
dla której
Zauważmy przy tym, że jeśli
to
jest funkcją rosnącą, bo wówczas dla
mamy
skąd wynika, że
oraz
są tego samego znaku, czyli
co oznacza, że
Teraz właściwie wszystko staje się jasne. Niech bowiem wówczas

a stąd z różnowartościowości dostajemy
Innymi słowy, jest tą potęgą liczby
której wartością jest
Taką liczbę nazywamy "logarytmem z
przy podstawie
" i oznaczamy symbolem
Ale przecież o tym wszyscy wiedzą - w końcu uczy się tego w szkołach...