¿Cómo demuestras que la integral de 1 / x es el logaritmo natural de x?

Fácil. El teorema fundamental del cálculo dice que la integral de una función es la misma que su antiderivada, y sabemos que la derivada de ln (x) es 1 / x.

¡Pero espera! ¿Cómo sabemos que la derivada de ln (x) es 1 / x? El teorema de la función inversa dice que, si y = ln (x), entonces la derivada de ln (x) en x es la inversa multiplicativa de la derivada de e ^ y en y. (Piense en lo que le sucede a la pendiente de la línea tangente cuando intercambia los ejes xey). En otras palabras,
[matemáticas] \ tfrac d {dx} \ ln (x) = \ left (\ tfrac d {dy} e ^ y \ right) ^ {- 1}. [/ math]
Pero sabemos que la derivada de e ^ y es solo e ^ y, por lo que el lado derecho se simplifica a
[matemáticas] \ left (e ^ y \ right) ^ {- 1} = x ^ {- 1} = \ tfrac1x [/ math].

¡Pero espera! ¿Cómo sabemos que la derivada de e ^ y es e ^ y? Bueno, esa es la definición de la función exponencial (o un teorema, si usa una definición diferente para e).

f (x) = 1 / x representa la curva hiperbólica.

Deje que A (t) represente el área bajo esta curva de 1 a t. Por ejemplo, A (6) está sombreado aquí.

Alguien demostró que en una hipérbola, si t se escala por el factor u, A (tu) = A (t) + A (u). Ejemplo A (12) = A (6) + A (2).   Las áreas bajo la curva hiperbólica se agregan de manera agradable. Si la entrada se multiplica por el factor dos, la salida solo se agrega por un factor. En la figura 2 se muestra una buena prueba geométrica (ignore ln (t) y léalo como A (t)).

La otra función que sigue a esta buena propiedad es log (x). Si la entrada se escala por el factor t, la salida se agrega por log (t). log (xt) = log (x) + log (t).

Esto llevó a establecer que el área debajo de la curva hiperbólica es de hecho la función logarítmica

Referencia

Logaritmo | Wikiwand

En 1649, Alphonse Antonio de Sarasa, un ex alumno de Grégoire de Saint-Vincent, [31] relacionó los logaritmos con la cuadratura de la hipérbola, al señalar que el área f ( t ) debajo de la hipérbola de x = 1 a x = t satisface [32]

Figura 2 – El área bajo la curva hiperbólica sigue una buena propiedad aditiva

Cambiar la escala del área azul de la izquierda verticalmente por el factor t y reducirla horizontalmente por el mismo factor no cambia su tamaño. Moviéndolo apropiadamente, el área se ajusta a la gráfica de la función f ( x ) = 1 / x nuevamente.

Depende de cómo decida definir la función [matemáticas] \ ln [/ matemáticas] y el número [matemáticas] e [/ matemáticas]. Básicamente, debe elegir cuál desea definir, derivar algunas propiedades de la misma y luego usarla para definir la otra. No hay una forma preferida particular de hacer esto.

Personalmente, me gusta hacer las cosas de esta manera, porque en realidad explican por qué ocurre cada paso:

La respuesta de Daniel McLaury a ¿Qué aplicaciones hay para el número e de Euler, además de los intereses?

Supongo que estamos definiendo [math] ln (x) [/ math] como la función inversa de [math] e ^ x [/ math].

Es casi suficiente para demostrar que si [matemática] y = ln (x) [/ matemática] entonces [matemática] \ frac {dy} {dx} = \ frac {1} {x} [/ matemática]. Esto se deduce del hecho de que si [math] y = e ^ x [/ math] entonces [math] \ frac {dy} {dx} = e ^ x = y [/ math] y el hecho de que la derivada de un inverso la función es el recíproco de la derivada, es decir, [math] \ frac {dx} {dy} = \ frac {1} {dy / dx} [/ math]. Por lo tanto, si [matemática] y = ln (x) [/ matemática], la función inversa de la exponencial, se deduce que [matemática] \ frac {dy} {dx} = \ frac {1} {x} [/ matemática] .

Ahora, según el teorema fundamental del cálculo, tenemos [math] \ int \ frac {1} {x} dx = ln (x) [/ math], por lo que solo tenemos que verificar la constante para la integral definida, que se deduce de la hecho de que [matemáticas] e ^ 0 = 1. [/ matemáticas]

Traté de demostrar que la derivada de ln (x) es 1 / x y lo logré y quedé satisfecho. mira este:
(ln (x)) ‘= lim (d-> 0) [ln (x + d) – ln (x)] / d = lim ln ((x + d) / x) / d
= lim (1 / d) ln (1 + d / x) = lim [ln (1 + d / x) (1 / d)].
Establezca u = d / x y sustituya:
lim (u-> 0) [ln (1 + u) (1 / (ux))] = 1 / x ln [lim (u-> 0) (1 + u) (1 / u)]
= 1 / x ln (e) (Definición de e)
y como ln (e) = 1
(ln (x)) ‘= 1 / x.
y dado que la integración es solo el reverso de la diferenciación, entonces la integración de 1 / x es simplemente ln (x)

y = ln (x), en otras palabras e ^ y = x. Diferencie ambos lados y obtendrá

(e ^ y) * dy = dx, multiplique ambos lados por 1 / (dx * e ^ y)

dy / dx = 1 / e ^ y, conecte x = e ^ y

dy / dx = 1 / x.

y (x) = ln (x), entonces dy / dx es la derivada de ln (x) y es 1 / x.

Como 1 / x es la derivada de ln (x), la integral de 1 / x es ln (x) por el teorema fundamental del cálculo.

Deje [math] L (x) = \ int_1 ^ x \ frac {dt} {t} [/ math]

[matemáticas] L (a ^ b) = \ int_1 ^ {a ^ b} \ frac {dt} {t} [/ matemáticas]

Sustituya [matemática] t = u ^ b [/ matemática], [matemática] dt = bu ^ {b-1} [/ matemática]:

[matemáticas] L (a ^ b) = b \ int_1 ^ a \ frac {du} {u} [/ matemáticas]

[matemáticas] L (a ^ b) = b L (a) [/ matemáticas]

Ahora, sea E (x) el inverso de L (x). [matemáticas] E (L (x)) = x [/ matemáticas], [matemáticas] L (E (x)) = x [/ matemáticas]. Aplique E a ambos lados de [matemáticas] L (a ^ b) = b L (a) [/ matemáticas]:

[matemáticas] a ^ b = E (b L (a)) [/ matemáticas]

Ahora sustituya [matemáticas] a = E (1) [/ matemáticas], [matemáticas] b = L (x) [/ matemáticas]:

[matemáticas] E (1) ^ {L (x)} = E (L (x) L (E (1))) [/ matemáticas]

[matemáticas] E (1) ^ {L (x)} = E (L (x)) [/ matemáticas]

[matemáticas] E (1) ^ {L (x)} = x [/ matemáticas]

[matemáticas] log_ {E (1)} x = L (x) [/ matemáticas]

[matemáticas] \ int_1 ^ x \ frac {dt} {t} = log_ {E (1)} x [/ matemáticas]

Por el FTOC:

[matemáticas] \ int \ frac {dt} {t} = log_ {E (1)} x + C [/ matemáticas]

Int (1, x) t ^ w dt = t ^ (w + 1) / (w + 1) | (x, -1)

= g (w + 1) = (x ^ (w + 1) – 1 ^ (w + 1)) / (w + 1) (**)

(tenga en cuenta si w = -1, g (w + 1) = g (0) = (x ^ (0) – 1 ^ (0) / 0 ??)

así que sea w = -1 + h, en cuyo caso w + 1 = h y

Int (1, x) dt / t = g (w + 1) = g (h) = (x ^ h – 1 ^ h) / h

Luego de la regla de Lhopitals

Lim (h -> 0) g (h)

= Lim (h -> 0) d (x ^ h – 1 ^ h) / Lim (h -> 0) dh / dh

= Lim (h -> 0) (log x .x ^ h – log 1 .1 ^ h) / 1

= log x

[math] \ ln (x) [/ math] en realidad se define como [math] \ int_1 ^ x \ frac {1} {x} ~ \ mathrm {d} x [/ math]. No hay nada que demostrar.

More Interesting

¿Cuáles son algunos de los teoremas más oscuros y útiles en matemáticas?

¿Qué es [matemáticas] (- 27) ^ {\ frac {1} {3}} [/ matemáticas]?

¿1TMC es igual a cuántos cusecs?

¿Cuál es la matemática detrás de la inmunidad colectiva?

Si [matemática] a, b, c, d [/ matemática] son ​​números naturales tales que [matemática] a ^ 5 = b ^ 6 = c ^ 3 = d ^ 4 [/ matemática] y [matemática] da = 61 [ / math], ¿cuál es el valor mínimo de [math] cb [/ math]?

¿Cuál es el mejor sitio web para estudiar matemáticas?

¿Cuál es la prueba del último teorema de Fermat?

¿Cuál de las dos técnicas: ANN o SVM funciona mejor para la predicción del precio de las acciones?

¿Cómo se usan las matemáticas en el ajedrez?

¿Qué es una explicación intuitiva de un campo numérico?

¿Alguien puede contar sobre el libro 'EDUCATIVE JEE (MATHEMATICS) de KD Joshi'?

Cómo modelar algo matemáticamente

¿Cuáles son las conjeturas y teoremas más básicos en matemáticas que se han refutado en este siglo?

¿Se pueden explicar los idiomas con las matemáticas?

Sea [math] G [/ math] un gráfico conectado y [math] x, y [/ math] vértices de [math] G [/ math]. Deje [math] P [/ math] ser [math] xy [/ math] -geodesic. Luego, para todos los vértices [matemática] u, v [/ matemática] de [matemática] P [/ matemática], el subpata de [matemática] P [/ matemática] de [matemática] u [/ matemática] a [matemática] v [ / math] es [math] uv [/ math] -geodesic. ¿Puedes probarlo?