Några matematiska härledningar och bevis

Logaritmlagarna

Multiplikaton

Under uppbyggnad.

$\log(ab)=\log(a)+\log(b)$

Division

Under uppbyggnad

$\log \left({\frac {a}{b}}\right)=\log(a)-\log(b)$

Potenser

Under uppbyggnad

$\log a^{b}=b\log a$

Värdet på basen av den naturliga logaritm

Metod 1, via serieutveckling

Ansätt $y=\left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}$

Logaritmering av respektive led ger:

$\ln y=x\ln \left(1+{\frac {1}{x}}\right)$

Enligt taylorutveckling av $\ln(1+a)$ så gäller

$\ln(1+a)=a-{\frac {a^{2}}{2}}+{\frac {a^{3}}{3}}-{\frac {a^{4}}{4}}+...$

För värden på $a$ nära noll gäller enligt detta att $\ln(1+a)\approx a$ (ju närmare noll, desto bättre approximation), varför

$\ln \left(1+{\frac {1}{x}}\right)\approx {\frac {1}{x}}$ för stora värden på $x$.

Således gäller att $\ln y\approx x\cdot {\frac {1}{x}}$ för stora värden på $x$.

Antilogaritmering ger direkt att $y\approx e$ med gränsvärdet

$e=\displaystyle \lim _{x\to \infty }\left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}$ enligt ansättningen av $y$ ovan.

Metod 2, via l'Hôpital's regel för gränsvärdesberäkning

Ansätt $y=\displaystyle \lim _{x\to \infty }\left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}$ och logaritmera:

$\ln y=\displaystyle \lim _{x\to \infty }\ln \left(1+{\frac {1}{x}}\right)^{x}=\displaystyle \lim _{x\to \infty }x\ln \left(1+{\frac {1}{x}}\right)$, som kan skrivas om till

$\ln y=\displaystyle \lim _{x\to \infty }{\frac {x\ln \left(1+{\frac {1}{x}}\right)}{x^{-1}}}$

Det ser inte så roligt ut, men det syns att såväl täljare och nämnare i uttrycket går mot noll när $x$ ökar obegränsat. Enligt l'Hôpital's regel gäller då att gränsvärdet för uttrycket blir detsamma som gränsvärdet då täljare och nämnare deriveras:

Misslyckades med att tolka (SVG (MathML kan aktiveras via insticksmodul till webbläsaren): Ogiltigt svar ("Math extension cannot connect to Restbase.") från server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \ln y=\displaystyle\lim_{x\to \infty}\frac{\left(\frac{1}{1+\frac{1}{x}} \right)\cdot\left(0-x^{-2} \right)}{-x^{-2}}=\displaystyle\lim_{x\to \infty}\left(\frac{1}{1+\frac{1}{x}} \right)=1}