y=log10xy = \log_{10} x

常用対数 y=log10xy = \log_{10} x のグラフ

y=log10xy = \log_{10} x は底を 1010 とする対数で、1010 を何乗すると xx になるかを表します。常用対数と呼ばれ、10log10x=x10^{\log_{10} x} = x が成り立ちます。1010 進法で桁を測るものさしです。

定義域と値域

10y10^y はつねに正なので、定義域は x>0x > 0 です。値域はすべての実数で、xx11 より小さければ値は負になります。

増減とグラフの形

導関数は次のようになります。

y=1xln10y' = \frac{1}{x \ln 10}

ln102.303\ln 10 \approx 2.303 は正の定数なので、x>0x > 0 では y>0y' > 0 となり単調に増加します。同じ xx での傾きは lnx\ln x のおよそ 0.4340.434 倍で、自然対数よりさらにゆるやかです。二階導関数は負で、グラフは全体が上に凸です。

漸近線

x0+x \to 0^{+} では -\infty に発散し、yy 軸(直線 x=0x = 0)が垂直漸近線です。x+x \to +\infty では ++\infty に発散しますが、その歩みはきわめて遅く、値が 11 増えるのに xx1010 倍必要です。

1010 倍ごとに 11 増える

log10(10x)=log10x+1\log_{10}(10x) = \log_{10} x + 1 が成り立ちます。

xxlog10x\log_{10} x
0.10.11-1
1100
101011
10010022
1000100033

正の整数 NN の桁数が log10N+1\lfloor \log_{10} N \rfloor + 1 で求まるのも、この性質からです。

特徴的な点

(1,0)(1, 0)(10,1)(10, 1)(100,2)(100, 2)(110,1)\left( \dfrac{1}{10}, -1 \right) を通ります。log1020.301\log_{10} 2 \approx 0.301log1030.477\log_{10} 3 \approx 0.477 で、210=10242^{10} = 102410310^3 に近いことは 10×0.301=3.0110 \times 0.301 = 3.01 という形で現れます。

自然対数との関係

逆関数は 10x10^x で、22 つのグラフは直線 y=xy = x に関して線対称です。自然対数とは次の関係にあります。

log10x=lnxln100.434lnx\log_{10} x = \frac{\ln x}{\ln 10} \approx 0.434 \ln x

グラフは lnx\ln x を縦に約 0.4340.434 倍へ縮めたものです。形はまったく同じで、(1,0)(1, 0) を通り yy 軸を漸近線とする点も変わりません。対数のグラフは、底が変わっても縦の縮尺が変わるだけです。

応用

桁の大きさを測るのに使われます。

目盛測るもの
pH水素イオン濃度の常用対数に負号をつけたもの
デシベル音の大きさ
マグニチュード地震のエネルギー
等級星の明るさ

マグニチュードが 11 増えるとエネルギーは約 3232 倍になるように、対数の目盛の上では 11 目盛が何倍かを意味します。桁が何桁も違う量を一枚のグラフに収める片対数・両対数グラフも、この関数のはたらきです。