Twój postęp zapisuje się tylko w tej przeglądarce. Zaloguj się, żeby nie stracić go po zmianie urządzenia. Zaloguj się
Liczby rzeczywiste

Logarytmy i działania na logarytmachPodstawa

Poznaj definicję logarytmu, warunki jego istnienia i najważniejsze prawa działań. Naucz się obliczać logarytmy oraz upraszczać wyrażenia bez błędnego rozdzielania sum.

Matematyka ·3 min czytania ·5 ćwiczeń


Logarytm odpowiada na pytanie: „Do jakiej potęgi podnieść daną liczbę, aby otrzymać wskazany wynik?”. Na przykład logarytm z ośmiu przy podstawie dwa wynosi trzy, ponieważ \(2^3=8\). Wynikiem logarytmu jest wykładnik potęgi.

1. Najpierw przypomnij sobie potęgowanie

W \(2^3=8\) dwójka jest podstawą, trójka wykładnikiem, a osiem wynikiem. Logarytm odwraca pytanie: znamy podstawę dwa i wynik osiem, szukamy wykładnika. Zapisujemy \(\log_2 8=3\). Mała liczba przy symbolu log to podstawa, a liczba za nim to argument.

Zacznij od kilku znanych potęg: \(2^1=2\), \(2^2=4\), \(2^3=8\), \(2^4=16\). Odczytane w drugą stronę dają kolejno logarytmy przy podstawie dwa równe jeden, dwa, trzy i cztery. To nie jest dzielenie argumentu przez podstawę: \(\log_2 8\) wynosi trzy, a nie cztery.

\[\log_a b=c\quad\Longleftrightarrow\quad a^c=b\]

Podstawa to \(a\), argument to \(b\), a szukany wykładnik to \(c\). Podwójną strzałkę czytamy „wtedy i tylko wtedy”: oba zapisy przekazują tę samą informację.

2. Warunki istnienia i wyniki zerowe lub ujemne

W szkolnej definicji logarytmu wymagamy dodatniej podstawy różnej od jedności oraz dodatniego argumentu: \(a\gt0\), \(a\ne1\), \(b\gt0\). Potęgi dodatniej podstawy są dodatnie, więc nie otrzymamy z nich zera ani liczby ujemnej. Podstawa jeden jest wykluczona, bo każda jej potęga daje jeden i nie da się jednoznacznie odtworzyć wykładnika.

Logarytm może jednak mieć ujemny wynik. \(\log_3\frac19=-2\), ponieważ \(3^{-2}=\frac1{3^2}=\frac19\). Ujemny wynik jest czymś innym niż ujemny argument. Mamy też \(\log_5 1=0\), bo \(5^0=1\), oraz \(\log_5 5=1\), bo \(5^1=5\).

Podstawa może być ułamkiem między zerem a jedynką: \(\log_{1/2}8=-3\), ponieważ \((\frac12)^{-3}=8\). Jeśli argument zawiera literę, ustal warunek przed liczeniem. Dla \(\log_2(x-3)\) trzeba mieć \(x-3\gt0\), czyli \(x\gt3\). Zapis \(\gt\) oznacza „większe od”; równość z zerem nie wystarcza.

3. Logarytm iloczynu, ilorazu i potęgi

Zobacz związek z prawami potęg: \(2^2\cdot2^3=2^5\). Po pomnożeniu argumentów cztery i osiem wykładniki się dodają. Dlatego \(\log_2(4\cdot8)=\log_2 4+\log_2 8=2+3=5\).

  • Iloczyn: \(\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y\).
  • Iloraz: \(\log_a\frac xy=\log_a x-\log_a y\).
  • Potęga: \(\log_a(x^r)=r\log_a x\).

W tych trzech zapisach \(a\gt0\), \(a\ne1\), \(x\gt0\) i \(y\gt0\), a \(r\) jest rzeczywiste. Logarytmy łączymy tymi prawami, gdy mają tę samą podstawę. Przykładowo \(\log_3 9^2=2\log_3 9=2\cdot2=4\). Nie dodajemy tutaj dwójki do logarytmu, tylko go przez nią mnożymy.

Nie stosuj wzoru na iloraz do argumentów ujemnych tylko dlatego, że ich iloraz jest dodatni. \(\log_2\frac{-8}{-2}\) jest określony po obliczeniu ilorazu cztery, ale osobne logarytmy z minus ośmiu i minus dwóch nie istnieją w liczbach rzeczywistych.

4. Wybór własności w pełnym przykładzie

Oblicz \(\log_2 32-\log_2 4\). Są to logarytmy o tej samej podstawie, połączone odejmowaniem. Pasuje reguła logarytmu ilorazu.

  1. Zastąp różnicę logarytmów jednym logarytmem ilorazu.\(\log_2 32-\log_2 4=\log_2\frac{32}{4}\)
  2. Oblicz argument.\(\log_2\frac{32}{4}=\log_2 8\)
  3. Sprawdź, który wykładnik dwójki daje osiem.\(2^3=8\quad\Rightarrow\quad\log_2 8=3\)

Możemy skontrolować wynik osobnym liczeniem: \(\log_2 32=5\) i \(\log_2 4=2\), więc różnica wynosi trzy. W trudniejszych zadaniach połączenie logarytmów pomaga, gdy osobne wartości nie są całkowite: \(\log_2 3+\log_2\frac83=\log_2 8=3\). Nie trzeba wtedy przybliżać obu składników.

5. Zamiana podstawy i odczytywanie równania

Czasem chcemy wyrazić logarytm za pomocą logarytmów o innej podstawie. Dla dopuszczalnych podstaw \(a,c\) i dodatniego \(b\) zachodzi \(\log_a b=\frac{\log_c b}{\log_c a}\). W liczniku zostaje argument, a w mianowniku pojawia się stara podstawa. Nowa podstawa \(c\) musi być dodatnia i różna od jedności.

Na przykład \(\log_4 8=\frac{\log_2 8}{\log_2 4}=\frac32\). Sprawdzenie potęgą: \(4^{3/2}=(\sqrt4)^3=2^3=8\). Przestawienie licznika z mianownikiem dałoby błędną odwrotność.

Jeśli podano \(\log_3 x=4\), nie dzielimy ani nie mnożymy przez log. Wracamy do definicji: \(x=3^4=81\). Jeśli zapisano \(\log_5(2x-6)\), warunek argumentu daje \(2x-6\gt0\), a po dodaniu sześciu i podzieleniu przez dwa otrzymujemy \(x\gt3\).

6. Logarytm sumy i kontrola odpowiedzi

\(\log_2(4+4)=\log_2 4+\log_2 4=4\)Reguła sumy logarytmów dotyczy iloczynu argumentów. Tutaj w argumencie jest dodawanie.
\(\log_2(4+4)=\log_2 8=3\).

Najpierw sprawdź podstawę i argument, potem nazwij działanie między logarytmami. Odpowiedź liczbową kontroluj przez potęgowanie. Dla wyniku \(c\) powinno zachodzić \(a^c=b\). Umiejętność przetłumaczenia logarytmu na pytanie o wykładnik jest ważniejsza niż zapamiętanie samego wyglądu wzorów.

Najczęstsze pytania

Jak rozumieć \(\log_a b=c\)?
Jest to równoważne równości \(a^c=b\).
Jakie są warunki istnienia \(\log_a b\)?
\(a\gt 0,\ a\neq1\text{ i }b\gt 0\).
Czy logarytm sumy można rozdzielić?
Nie. Na ogół \(\log_a(x+y)\neq\log_a x+\log_a y\).
Ile wynosi \(\log_a1\)?
0 dla każdej dopuszczalnej podstawy a.

Poćwicz

ABCD

Jakie pytanie opisuje \(\log_2 16\)?

ABCD

Ile wynosi \(\log_5 1\)?

ABCD

Jeśli \(\log_3 x=4\), to ile wynosi \(x\)?

ABCD

Który wynik działania \(\log_2(3+5)\) jest poprawny?

ABCD

Jaka jest dziedzina wyrażenia \(\log_5(2x-6)\)?

Sprawdź, ile już umiesz

Przećwicz to zagadnienie na fiszkach albo przejdź do zestawu zadań z całego działu.

Ebook PDF 395 zadań maturalnych z matematyki podstawowej z rozwiązaniami krok po kroku w jednym pliku. Zobacz ebook (19,99 zł)