Как возвести логарифм в квадрат
Как возвести логарифм в квадрат, когда под знаком логарифма стоит произведение или частное? Как упростить квадрат логарифма степени?
Как возвести в квадрат логарифм произведения.
Так как логарифм произведения равен сумме логарифмов, квадрат логарифма произведения равен квадрату суммы логарифмов множителей:
0,a \ne 1,x > 0,y > 0.\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
Если изменить условия:
0,a \ne 1,xy > o,\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
то каждый из множителей под знаком логарифма нужно брать по модулю:
Как возвести в квадрат логарифм частного.
Так как логарифм частного равен разности логарифмов, то квадрат логарифма частного равен квадрату разности логарифмов делимого и делителя:
0,a \ne 1,x > 0,y > 0.\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
При изменении условий
0,a \ne 1,\frac
под знаком логарифма появляются модули:
Возведение в квадрат логарифма степени.
В логарифме степени показатель можно вынести за знак логарифма.
При возведении в квадрат логарифма степени показатель степени также следует возвести в квадрат:
0,a \ne 1,x > 0.\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
0,a \ne 1,x \ne 0,\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
то при чётном показателе степени при вынесении показателя за знак логарифма под знаком логарифма появляется модуль:
Аналогично возводят в квадрат логарифм со степенью в основании:
0,a \ne 1,x > 0;\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
0,a \ne 1,x \ne 0.\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com»/>
Логарифм. Свойства логарифма (степень логарифма).
Свойства логарифма получаются из его определения. Общеизвестный факт, что логарифм числа b по основанию а определяется как показатель степени, в которую надо возвести число a, чтобы получить число b.
Из формулировки получаем очевидные равенства loga1 = 0 так как а 0 =1 и, logaа = 1 так как а 1 =а.
Рассмотрим ситуации, когда в основании или аргументе логарифма стоит степень. Тогда показатель этой степени можно вынести за знак логарифма по следующим правилам:
Конечно же, все эти формулы будут иметь смысл при соблюдении области действующих значений логарифма: a > 0, a ≠ 1, x > 0. И еще: ими всеми можно пользоваться не только слева направо, но и наоборот, а значит разрешено перемещать числа, стоящие перед знаком логарифма в сам логарифм. Собственно это чаще всего и делается.
Логарифм степени положительного числа равен произведению показателя этой степени на логарифм ее основания:
Или если сказать проще, в данном случае показатель степени выносится как сомножитель, в результате трудоемкое действие возведения в степень меняем на более элементарную операцию умножения.
При отрицательных значениях х формула становиться бессмысленной. Так, запрещено писать log2(- 4) 2 = 2log2 (- 4), так как выражение log2(- 4) не определено. Однако обратим внимание, что выражение, стоящее в левой части этой формулы, все же имеет смысл:
Логарифм. Как вычислить логарифм?
Логарифмом положительного числа \(c\) по основанию \(a\) \((a>0, a\neq1)\) называется показатель степени \(b\), в которую надо возвести основание \(a\), чтобы получить число \(c\) \((c>0)\), т.е.
Объясним проще. Например, \(\log_<2><8>\) равен степени, в которую надо возвести \(2\), чтоб получить \(8\). Отсюда понятно, что \(\log_<2><8>=3\).
Аргумент и основание логарифма
Любой логарифм имеет следующую «анатомию»:
Как вычислить логарифм?
а) В какую степень надо возвести \(4\), чтобы получить \(16\)? Очевидно во вторую. Поэтому:
в) В какую степень надо возвести \(\sqrt<5>\), чтобы получить \(1\)? А какая степень делает любое число единицей? Ноль, конечно!
г) В какую степень надо возвести \(\sqrt<7>\), чтобы получить \(\sqrt<7>\)? В первую – любое число в первой степени равно самому себе.
В сложных случаях для вычисления логарифма удобно переводить его в показательное уравнение.
Нам надо найти значение логарифма, обозначим его за икс. Теперь воспользуемся определением логарифма:
\(\log_
Слева воспользуемся свойствами степени: \(a^
Основания равны, переходим к равенству показателей
Умножим обе части уравнения на \(\frac<2><5>\)
Получившийся корень и есть значение логарифма
Зачем придумали логарифм?
Чтобы это понять, давайте решим уравнение: \(3^
А теперь решите уравнение: \(3^
Самые догадливые скажут: «икс чуть меньше двух». А как точно записать это число? Для ответа на этот вопрос и придумали логарифм. Благодаря ему, ответ здесь можно записать как \(x=\log_<3><8>\).
\(4^<5x-4>\) и \(10\) никак к одному основанию не привести. Значит тут не обойтись без логарифма.
Воспользуемся определением логарифма:
\(a^=c\) \(\Leftrightarrow\) \(\log_
Зеркально перевернем уравнение, чтобы икс был слева
И не пугайтесь логарифма, относитесь к нему как к обычному числу.
Поделим уравнение на 5
Вот наш корень. Да, выглядит непривычно, но ответ не выбирают.
Десятичный и натуральный логарифмы
Как указано в определении логарифма, его основанием может быть любое положительное число, кроме единицы \((a>0, a\neq1)\). И среди всех возможных оснований есть два встречающихся настолько часто, что для логарифмов с ними придумали особую короткую запись:
Десятичный логарифм: логарифм, у которого основание равно 10, записывается \(\lg\).
Основное логарифмическое тождество
У логарифмов есть множество свойств. Одно из них носит название «Основное логарифмическое тождество» и выглядит вот так:
Это свойство вытекает напрямую из определения. Посмотрим как именно эта формула появилась.
Вспомним краткую запись определения логарифма:
Пример: Найдите значение выражения \(36^<\log_<6><5>>\)
Вот теперь спокойно пользуемся основным логарифмическим тождеством.
Как число записать в виде логарифма?
Как уже было сказано выше – любой логарифм это просто число. Верно и обратное: любое число может быть записано как логарифм. Например, мы знаем, что \(\log_<2><4>\) равен двум. Тогда можно вместо двойки писать \(\log_<2><4>\).
Таким образом, если нам нужно, мы можем где угодно (хоть в уравнении, хоть в выражении, хоть в неравенстве) записывать двойку как логарифм с любым основанием – просто в качестве аргумента пишем основание в квадрате.
Точно также и с тройкой – ее можно записать как \(\log_<2><8>\), или как \(\log_<3><27>\), или как \(\log_<4><64>\)… Здесь мы как аргумент пишем основание в кубе:
Логарифмы и их свойства
Обычно определение логарифма дают очень сложно и запутанно. Мы постараемся сделать это очень просто и наглядно.
Для того, чтобы разобраться, что такое логарифм, давайте рассмотрим пример:
Все знакомы, что такое степень числа (если нет, то вам сюда). В таблице приведены различные степени числа 2. Глядя на таблицу, ясно, что, например, число 32 – это 2 в пятой степени, то есть двойка, умноженная на саму себя пять раз.
Теперь при помощи этой таблицы введем понятие логарифма.
Логарифм от числа 32 по основанию 2 (\(log_<2>(32)\)) – это в какую степень нужно возвести двойку, чтобы получить 32. Из таблицы видно, что 2 нужно возвести в пятую степень. Значит наш логарифм равен 5:
Аналогично, глядя в таблицу получим, что:
Естественно, логарифм бывает не только по основанию 2, а по любым основаниям больших 0 и неравных 1. Можете так же создавать таблицы для разных чисел. Но, конечно, со временем вы это будете делать в уме.
Теперь дадим определение логарифма в общем виде:
Логарифмом положительного числа \(b\) по основанию положительно числа \(a\) называется степень \(c\), в которую нужно возвести число \(a\), чтобы получить \(b\)
Но, конечно, вы часто будете сталкиваться не с такими простыми логарифмами, как в примерах с двойкой, а очень часто будет, что логарифм нельзя в уме посчитать. Действительно, что скажете про логарифм пяти по основанию два:
Как его посчитать? При помощи калькулятора. Он нам покажет, что такой логарифм равен иррациональному числу:
Или логарифм шести по основанию 4:
На уроках математики пользоваться калькулятором нельзя, поэтому на экзаменах и контрольных принято оставлять такие логарифмы в виде логарифма – не считая его, это не будет ошибкой!
Но иногда можно столкнуться с заданием, где нужно примерно оценить значение логарифма – это очень просто! Давайте для примера оценим логарифм \(log_<4>(6)\). Необходимо подобрать слева и справа от 6 такие ближайшие числа, логарифм от которых мы сможем посчитать, другими словами, надо найти степени 4-ки ближайшие к 6ке:
Значит \(log_<4>(6)\) принадлежите промежутку от 1 до 2:
Как посчитать логарифм
Почему так? Это следует из определения показательной функций. Показательная функция не может быть \(0\). А основание не равно \(1\), потому что тогда логарифм теряет смысл – ведь \(1\) в любой степени это будет \(1\).
При этих ограничениях логарифм существует.
В дальнейшем при решении различных логарифмических уравнений и неравенств вам это пригодится для ОДЗ.
Обратите внимание, что само значение логарифма может быть любым. Это же степень, а степень может быть любой – отрицательной, рациональной, иррациональной и т.д.
Теперь давайте разберем общий алгоритм вычисления логарифмов:
Давайте разберем на примерах.
Пример 1. Посчитать логарифм \(9\) по основанию \(3\): \(log_<3>(9)\)
Пример 2. Вычислить логарифм \(\frac<1><125>\) по основанию \(5\): \(log_<5>(\frac<1><125>)\)
Пример 3. Вычислить логарифм \(4\) по основанию \(64\): \(log_<64>(4)\)
Пример 4. Вычислить логарифм \(1\) по основанию \(8\): \(log_<8>(1)\)
Пример 5. Вычислить логарифм \(15\) по основанию \(5\): \(log_<5>(15)\)
Как понять, что некоторое число \(a\) не будет являться степенью другого числа \(b\). Это довольно просто – нужно разложить \(a\) на простые множители.
\(16\) разложили, как произведение четырех двоек, значит \(16\) будет степенью двойки.
Разложив \(48\) на простые множители, видно, что у нас есть два множителя \(2\) и \(3\), значит \(48\) не будет степенью.
Теперь поговорим о наиболее часто встречающихся логарифмах. Для них даже придумали специально названия – десятичный логарифм и натуральный логарифм. Давайте разбираться.
Десятичный логарифм
Натуральный логарифм
Натуральные и десятичные логарифмы подчиняются тем же самым свойствам и правилам, что и обыкновенные логарифмы.
У логарифмов есть несколько свойств, по которым можно проводить преобразования и вычисления. Кроме этих свойств, никаких операций с логарифмами делать нельзя.
Свойства логарифмов
Давайте разберем несколько примеров на свойства логарифмов.
Пример 8. Воспользоваться формулой \(3\). Логарифм от произведения – это сумма логарифмов.
Пример 9. Воспользоваться формулой \(4\). Логарифм от частного – это разность логарифмов.
Пример 10. Формула \(5,6\). Свойства степени.
Логично, что будет выполняться и такое соотношение:
Пример 11. Формулы \(7,8\). Переход к другому основанию.
Логарифмы
1. Поймете, что такое логарифм.
2. Научитесь решать целый класс показательных уравнений. Даже если ничего о них не слышали.
3. Научитесь вычислять простые логарифмы.
Причём для этого вам нужно будет знать только таблицу умножения, да как возводится число в степень.
Чувствую, сомневаетесь вы. Ну ладно, засекайте время! Поехали!
Для начала решите в уме вот такое уравнение:
3 x = 9
А теперь решите почти то же самое:
3 x = 8
Что, что-то не так? Ответ, что нету такого икса, не принимается!
Согласитесь, что это как-то нечестно – с девяткой пример решается в уме, а с восьмеркой не решается вовсе! Ну чем девятка лучше восьмерки?! Математика не терпит такой дискриминации. Для математики все числа равны! Ну, не буквально, конечно….
Можно сообразить, что икс – какое-то дробное число, между единичкой (3 1 = 3) и двойкой (3 2 = 9). И даже приближенно подобрать, найти это число. Но так возиться каждый раз. Математика решает вопрос как всегда радикально и элегантно. Просто введением понятия логарифма. Итак, что такое логарифм?
Вернёмся к нашему загадочному примеру:
3 x = 8.
Вот и назовём это число логарифмом восьми по основанию три. Записывается это вот как:
Читаем ещё раз: «икс равен логарифму восьми по основанию три».
И это правильный ответ!
Мы решили крутое показательное уравнение 3 x = 8!
И, неожиданно для себя, научились решать все показательные уравнения такого типа!
Это все верные ответы! Приятно, правда?
Представьте, мы в обыденной жизни спросили, например: «как доехать до вокзала?» И нам честно и правильно ответили: «На автобусе, который идёт до вокзала!» В жизни толку с такого ответа мало.
На вопрос: чему равен х в уравнении
Мы честно отвечаем: х равен числу, в которое надо возвести 3, чтобы получить 8! Или, чтобы так долго не говорить, пишем в сокращённом варианте, через логарифм:
Вас смущает, что вместо конкретного числа мы пишем какие-то значки с цифрами? Ну ладно, только для вас. Я покажу вам это конкретное число:
Легче стало? Учтите ещё, что это число никогда не кончается. Иррациональное оно.
Но радость от новых знаний будет неполной без ложки дегтя. Если логарифм считается без калькулятора, его надо считать. Ответ, например, х = log24 нехорош. Этот логарифм вычисляется, и его вы обязаны посчитать. Собственно, это и есть решение логарифма.
И чему же равен log24?
Да! В двойку надо возвести! Вот и ответ:
А log327 чему равен? Тройка в какой степени даст 27? В третьей! Ответ:
Уловили? Ну-ка разовьём успех! Решаем примеры:
Ответы (в беспорядке, разумеется!): 2; 1; 3; 4.
Что, тяжело сообразить, в какой степени шестёрка даст 216? А я предупреждал, что здесь таблицу умножения знать надо! Более того, намекну, что таблицу умножения вообще знать надо. Не только здесь.
До сих пор мы знали два жёстких ограничения. Нельзя делить на ноль и извлекать корень чётной степени из отрицательного числа. Эти ограничения играют огромную роль в решении заданий. Про ОДЗ помните? Теперь добавляются ограничения, связанные с логарифмами.
Запишем в общем виде, т.е. через буквы:
В результате получилось:
а > 0; a ≠ 1
А если мы положительное число возведём в любую степень, мы получим. получим. Да! Положительное число и получим. Отсюда:
Вот и все ограничения. Только на а и b. с может быть совершенно любым числом.
Ещё не мешает знать, что такое десятичный логарифм и что такое натуральный логарифм? В математике два основания употребляются очень часто. Это основание 10 и основание е. Число е.
Значки логарифмов по этим основаниям имеют своё написание.
Основание 10 не пишется, буква «о» пропадает. Такие логарифмы называются десятичными. И
Логарифмы по основанию «е» называются натуральными. Хотя чего уж там натурального.
Эти логарифмы ничем не отличаются от всех остальных! Ни по определению, ни по свойствам! Решение этих логарифмов ничем не отличается от решения обычных!
Пора переходить к лаконичным математическим формулировкам. К свойствам логарифмов. Популярное выражение «Решение логарифмов» предполагает не только вычисления, но и преобразования. По определённым правилам, естественно.
Запишем знакомое нам выражение:
Мы уже хорошо знаем, что если число а (основание) возвести в степень с, то получим число b. Это из самого определения логарифма следует. Стало быть, можно записать:
А теперь смотрим, чему же равно число с? Да вот оно:
Подставим это в предыдущую формулу, и получим:
И зачем нам эта перетасовка? Затем, что 4х-этажное выражение превращается в элементарное b! Это хорошее свойство!
Это первая формула свойств логарифмов. Её надо помнить! Единственная формула, где логарифм стоит в показателе степени.
Приведу ещё свойства, которые не требуют специальных выводов, а проистекают из определения логарифма и элементарной логики.
Чему равняется выражение:
В какую степень надо возвести а, чтобы получить 1? Неужто забыли? Нет? Ну, хорошо! Да, в нулевую! Вот и пишем:
Думаю, что следующее свойство уже не требует разъяснений:
