Twój postęp zapisuje się tylko w tej przeglądarce. Zaloguj się, żeby nie stracić go po zmianie urządzenia. Zaloguj się
Równania i nierówności

Równania logarytmicznePodstawa

Naucz się rozwiązywać równania logarytmiczne przez dziedzinę, definicję logarytmu i prawa działań. Zawsze sprawdzaj dodatniość argumentów.

Matematyka ·2 min czytania ·6 ćwiczeń


Równanie logarytmiczne zawiera logarytm z niewiadomą, najczęściej w jego argumencie. Aby je rozwiązać, najpierw ustalamy, kiedy logarytmy istnieją, a następnie korzystamy z definicji logarytmu lub z jego własności.

Logarytm to pytanie o wykładnik

Zapis \(\log_2 8=3\) czytamy: „logarytm z ośmiu przy podstawie dwa wynosi trzy”. Odpowiada on na pytanie: do jakiej potęgi podnieść \(2\), aby otrzymać \(8\)? Odpowiedź to \(3\), ponieważ \(2^3=8\). Liczba \(2\) jest podstawą, a \(8\) argumentem logarytmu.

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

Podstawa spełnia \(a\gt0\) i \(a\ne1\), a argument \(b\gt0\). Wynik \(c\) może być dodatni, zerowy lub ujemny.

Przykładowo \(\log_2 1=0\), bo \(2^0=1\), oraz \(\log_2\frac14=-2\), bo \(2^{-2}=\frac14\). Dodatni musi być argument, a nie wynik logarytmu. Zapis \(\log b\) w tym materiale oznacza logarytm dziesiętny, czyli o podstawie \(10\).

Dziedzina: najpierw sprawdź każdy argument

Dla \(\log_5(2x-6)\) potrzebujemy \(2x-6\gt0\), więc \(x\gt3\). W wyrażeniu \(\log(x-2)+\log(x+1)\) oba argumenty muszą być dodatnie jednocześnie: \(x\gt2\) i \(x\gt-1\). Wspólna część warunków to \(x\gt2\).

Nie wystarczy wymagać, aby iloczyn argumentów był dodatni. Dwa ujemne argumenty dają dodatni iloczyn, ale osobne logarytmy nadal nie istnieją w liczbach rzeczywistych. Dziedzinę wyznaczamy z początkowego zapisu.

Przy \(\log_3(x^2)\) warunek dotyczy całego \(x^2\): \(x^2\gt0\), czyli \(x\ne0\). Dopuszczalne są więc także ujemne wartości \(x\).

Przykład z definicji, bez zgadywania

Rozwiążmy \(\log_2(x-1)=3\). Zamiast „usuwać logarytm” bez uzasadnienia, odczytamy definicję.

  1. Wymagaj dodatniego argumentu.\(x-1\gt0\ \Longrightarrow\ x\gt1\)
  2. Podnieś podstawę do wykładnika będącego wynikiem logarytmu.\(x-1=2^3=8\)
  3. Wyznacz niewiadomą.\(x=9\)
  4. Sprawdź dziedzinę oraz wartość początkowego logarytmu.\(9\gt1,\qquad\log_2(9-1)=\log_2 8=3\)

Podobnie \(\log_5(x+4)=0\) prowadzi do \(x+4=5^0=1\), więc \(x=-3\). Liczba ta spełnia dziedzinę \(x\gt-4\). Zero po prawej stronie nie oznacza zerowego argumentu.

Równe logarytmy o tej samej podstawie

Dla poprawnej podstawy funkcja logarytmiczna przyjmuje tę samą wartość tylko dla jednakowych argumentów. Dlatego \(\log_a u=\log_a v\) jest równoważne \(u=v\), jeśli \(u\gt0\), \(v\gt0\), \(a\gt0\), \(a\ne1\).

W równaniu \(\log_2 x=\log_2(3x-4)\) dziedzina wymaga \(x\gt0\) i \(3x-4\gt0\), czyli łącznie \(x\gt\frac43\). Porównujemy argumenty: \(x=3x-4\), stąd \(x=2\). Wynik należy do dziedziny, a po obu stronach mamy \(\log_2 2=1\).

Dla różnych podstaw nie można w ten sposób porównać argumentów: \(\log_2 8=\log_3 27=3\), choć \(8\ne27\).

Suma logarytmów i odrzucenie kandydata

Dla dodatnich \(u,v\) obowiązuje \(\log_a u+\log_a v=\log_a(uv)\). W równaniu \(\log_2(x-1)+\log_2(x+1)=3\) najpierw wymagamy \(x\gt1\). Następnie łączymy logarytmy i dostajemy \(\log_2((x-1)(x+1))=3\).

Z definicji \((x-1)(x+1)=2^3=8\). Ponieważ iloczyn to \(x^2-1\), mamy \(x^2=9\), czyli kandydatów \(x=3\) oraz \(x=-3\). Dziedzina odrzuca \(-3\). Dla \(3\) sprawdzenie daje \(\log_2 2+\log_2 4=1+2=3\).

Gdy argumentem jest kwadrat, sytuacja może być inna. Równanie \(\log_3(x^2)=2\) daje \(x^2=9\), a obie liczby \(3\) i \(-3\) są dozwolone, ponieważ obie spełniają \(x\ne0\).

Typowy błąd i końcowa kontrola

\(\log_2 u+\log_2 v=\log_2(u+v)\)Suma logarytmów dodatnich argumentów odpowiada ich iloczynowi, a nie sumie.
\(\log_2 u+\log_2 v=\log_2(uv)\), dla \(u\gt0,\ v\gt0\).

Podstawa może leżeć między zerem a jednością: \(\log_{1/2}x=-2\) daje \(x=(\frac12)^{-2}=4\). Zawsze kontroluj podstawę, dodatniość każdego argumentu oraz wynik po podstawieniu. Kandydat uzyskany z poprawnych rachunków jest rozwiązaniem dopiero wtedy, gdy spełnia początkową dziedzinę.

Najczęstsze pytania

Co oznacza logarytm?
Logarytm \(\log_a b\) to wykładnik, do którego trzeba podnieść \(a\), aby otrzymać \(b\). Wymagamy \(a\gt0\), \(a\ne1\) oraz \(b\gt0\).
Czy logarytm może być ujemny?
Tak. Dodatni musi być jego argument. Na przykład \(\log_2\frac14=-2\), ponieważ \(2^{-2}=\frac14\).
Dlaczego sprawdzam dziedzinę przed łączeniem logarytmów?
Każdy początkowy argument musi być dodatni. Sam dodatni iloczyn argumentów nie gwarantuje tego, bo iloczyn dwóch ujemnych liczb również jest dodatni.

Poćwicz

ABCD

Jakie pytanie wyraża \(\log_2 8\)?

ABCD

Rozwiąż \(\log_4(x-1)=1\).

ABCD

Rozwiąż \(\log_2x=\log_2(3x-4)\).

ABCD

Rozwiąż \(\log_3(x^2)=2\).

ABCD

Jaki warunek dziedziny ma \(\log(x-2)+\log(x+1)\)?

ABCD

Rozwiąż \(\log_5(x+4)=0\).

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)