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수리경제학 3/19

Shared on March 23, 2026

지수함수와 로그함수 개론

개요

이 강의는 지수함수와 로그함수의 정의, 성질, 그리고 경제학·통계에서의 활용을 다룹니다.

  • 지수함수는 (f(x)=b^{x}) 형태이며,
  • 로그함수는 그 역함수 (f^{-1}(x)=\log_b x) 로 정의됩니다.

핵심 개념

개념정의주요 성질
지수함수(y=b^{x}) (b > 0, b ≠ 1)1) (y>0) (치역은 양수) 2) b > 1 → 증가, 0 < b < 1 → 감소 3) y‑절편: (0, 1)
로그함수(\log_b x)1) 정의역 (x>0) 2) x‑절편: (1, 0) 3) 역함수 관계: (\log_b(b^{x})=x)
자연로그(\ln x = \log_e x)e ≈ 2.71828, 자연상수
상용로그(\log_{10}x)기호 (\log)로 표기
로그 법칙1) (\log_b(xy)=\log_bx+\log_by) 2) (\log_b(x/y)=\log_bx-\log_by) 3) (\log_b(x^k)=k\log_bx) 4) (\log_b(b)=1) 5) (\log_b1=0)
지수·로그 변환(b^{\log_b x}=x,; \log_b(b^{x})=x)
70‑법칙(t \approx \frac{70}{R}) (R = 연간 성장률, % 단위)복리 성장 시 2배가 되는 시간 추정

상세 내용

1. 지수함수

  • 정의: (y=b^{x}), (b)는 밑(base).
  • 성질
    • (b>1)이면 증가함수, (0<b<1)이면 감소함수.
    • (y)-절편은 항상 (0, 1).
    • (x)-축과 교차하지 않음.
  • 역함수 관계
    • (y=b^{x})의 역함수는 (\log_b y).

2. 로그함수

  • 정의: (\log_b x = y \iff b^{y}=x).
  • 성질
    • 정의역 (x>0).
    • (x)-절편 (1, 0).
    • (y)-축과 교차하지 않음.
  • 로그 기호
    • (b)가 10이면 (\log)만 쓰고, (b=e)이면 (\ln) 사용.

3. 로그의 기본 성질과 증명

  • 곱·나눗셈 법칙: 위 표에 정리.
  • 증명
    • (b^{\log_b(xy)}=xy) → 양변에 (\log_b) 취하면 (\log_bx+\log_by).
    • 나눗셈과 거듭제곱 법칙도 같은 방식으로 유도.

4. 자연로그와 상용로그

  • 자연로그는 밑이 (e)인 로그.
  • 상용로그는 밑이 10인 로그.
  • 표기
    • (\ln x) : 자연로그
    • (\log x) : 상용로그 (밑 10)

5. 경제·통계에서의 활용

  • 성장률 모델
    • (N(t)=N_0 e^{rt}) → (\ln N(t)=\ln N_0 + rt) 로 선형화.
    • 로그 변환 후 회귀 분석 시 직선 추정 가능.
  • 70‑법칙
    • 복리 성장 시 두 배가 되는 시간 (t)는 (t\approx70/R).
    • 예: 5% 성장률 → 약 14년, 10% 성장률 → 약 7년.

6. 실전 계산 팁

  • 두 배가 되는 시점
    • (e^{rt}=2 \Rightarrow rt=\ln 2 \approx 0.693).
    • (t=\frac{\ln 2}{r}).
  • 주어진 기간에서 필요한 성장률
    • (e^{rt}=2 \Rightarrow r=\frac{\ln 2}{t}).

결론

지수함수와 로그함수는 서로 역함수 관계에 있으며, 로그의 법칙을 이용하면 곱·나눗셈·거듭제곱이 덧셈·뺄셈·곱셈으로 변환됩니다.
경제학에서는 로그 변환을 통해 비선형 성장 모델을 선형화하고, 70‑법칙으로 복리 성장의 대략적인 기간을 손쉽게 계산할 수 있습니다.

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