Aujourd'hui, il est difficile d'imaginer à quel point l'invention des
logarithmes
fut une révolution dans le domaine du calcul. Pourtant, le logarithme
possède une propriété importante : il transforme un produit en une somme.
Ainsi, log (xy) = log(x) + log(y). Plutôt que d'effectuer une multiplication,
on pourra effectuer une addition en passant par la fonction logarithme.
La notion de logarithme est introduite par
John Neper en 1614, à partir
d’un exemple issu de la cinématique. Dans son article
Mirifici Logarithmorum Canonis
Descriptio, il compare le mouvement rectiligne de deux points M et M'
dont le premier M a une vitesse qui augmente proportionnellement avec la
distance qui le sépare d'un point fixe O et dont le second M' se déplace
de manière uniforme vers un point O'. La distance O'M' parcourue par le point
M' est alors, selon Neper, le logarithme de la distance OM. Le logarithme a
ainsi la propriété de transformer un mouvement augmentant
proportionnellement en un mouvement régulier.
Neper est le premier à calculer une table de logarithme en base
e dans
l'article
Mirifici
Logarithmorum Canonis constructio écrit
en 1614 et publié en 1619. Il choisit d’appeler les nombres de cette
table logarithmes, car il les considère comme des relations entre des nombres.
Il utilise alors les racines grecques
logos et
arithmos et crée le mot
logarithmus, puisqu’il
écrit en latin.
Soixante-dix ans avant Neper, en 1544, le moine et mathématicien allemand
Michael Stifel (1486–1567) avait déjà publié à Nuremberg un traité de
mathématique
Arithmetica Integra, où il mettait en relation la suite
des entiers avec celle des puissances de 2. Dans cet ouvrage, il montrait
comment il est possible de transformer une multiplication en
addition.

Puisque le logarithme transforme un produit en
une somme, les calculs s'en trouvent grandement facilités. Ainsi, si l'on veut
multiplier 8 par 32, on va chercher pour chacun leur logarithme (en base 2)
dans la table, qui se trouve sur la première ligne et dans la même colonne.
Ainsi, le logarithme de 8 est 3 et celui de 32 est 5. On calcule la somme des
logarithmes, qui dans ce cas est 8. Le résultat de la multiplication de 8 par
32 est alors le nombre admettant 8 pour logarithme, c'est-à-dire le nombre se
trouvant sur la deuxième ligne et dans la même colonne que le chiffre 8, soit
le nombre 256.
La formule utilisée ici est :

.
Après la publication des travaux de Neper, le mathématicien anglais
Henry
Briggs (1561–1630) comprend aussitôt l’intérêt de cette relation entre les
nombres et voit ainsi le moyen de faciliter les calculs en transformant les
multiplications en additions. Pour simplifier encore plus ces calculs, il
suggère à Neper de choisir 10 pour base. En 1615, Briggs calcula la table de
ces nouveaux logarithmes décimaux, qu'il publia après une rencontre avec
l'inventeur des logarithmes.
Indépendamment de Neper, un suisse,
Bürgi, qui avait été
assistant de
Kepler à Prague, calcula entre 1603
et 1611 une table d'antilogarithme (il appelle ainsi la fonction inverse du
logarithme). Cette table fut imprimée dans cette ville en 1620. Facilitant
grandement les calculs, notamment ceux des astronomes, les tables de
logarithmes connurent alors un succès immédiat.
En l'honneur de Néper, on parle désormais de logarithme néperien (noté ln). La
définition moderne le définit à partir de l'intégrale de la fonction 1/x
:
Ainsi, le logarithme néperien correspond à l'aire sous l'
hyperbole entre 1 et x.

Le premier à mettre en évidence le comportement logarithmique de l'aire sous
l'hyperbole est
Grégoire de
Saint-Vincent en 1647 dans son ouvrage
Opus geometricum quadraturae
circuli et sectionum coni decem libris comprehensum. Il écrit alors
:
Si les abscisses d'une hyperbole équilatère croissent en progression
géométrique, les aires des surfaces découpées entre l'hyperbole et son
asymptote par les lignes ordonnées correspondantes croissent en progression
arithmétique.
C'est-à-dire que l'aire sous l'hyperbole de 1 à 2 ajoutée à l'aire de 1 à 3
donnera l'aire de 1 à 6 ( ln (6) = ln(2) + ln(3) ). Ainsi, si les abscisses
suivent une suite géométrique, les surfaces suivront une suite
arithmétique.
Grégoire de Saint-Vincent ne relie pas encore son travail aux logarithmes. Un
de ses lecteurs, le jésuite Sarassa mentionnera que les aires hyperboliques
peuvent tenir lieu de logarithmes.
Il faudra attendre le milieu du 18e siècle, après l’invention de la notion de
fonction et
du calcul différentiel, pour que le logarithme soit défini par
Euler comme
fonction
réciproque de la fonction exponentielle.
La propriété des logarithmes a permis d'inventer la
règle à calcul en
1859 par Amédée Mannheim. Les nombres inscrits sur la règle suivent alors une
échelle logarithmique pour calculer aisément des produits.
Selon
Pierre-Simon Laplace,
mathématicien, physicien et astronome français :
L’invention des logarithmes, en réduisant le temps passé aux calculs de
quelques mois à quelques jours, double pour ainsi dire, la vie des
astronomes.