中学只讲了正实数的对数函数,那负实数的对数函数又怎么定义呢?例如ln(-1)的值是多少?
为了回答这个问题,先设ln(-1)=y+ix,y和x均为实数,那么根据欧拉公式(三角函数的欧拉公式)可以得到
因为|-1|=1,所以y=0。从而有
-1=cos(x)+i·sin(x)
上述方程的解为
x=(2k+1)π, k∈Z
所以
ln(-1)=(2k+1)iπ, k∈Z
可以看出-1的自然对数是无穷个值,而不是一个值。
根据以上结论还可以得出更有意思的结论,例如
再根据欧拉公式可以得到
特别地,
可以看出高中介绍指数函数的时候为什么要强调底数不能为负数,因为底数为负数的指数函数是一个多值的复变函数,超纲啦。
另外,为了区别于实函数,复变函数中的自然对数通常用Ln表示。
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