Ilustracja do zestawu: Logarytm i jego związek z potęgowaniem

Matematyka

Logarytm i jego związek z potęgowaniem

Zestaw wyjaśnia, czym jest logarytm, jakie warunki musi spełniać jego podstawa oraz jak odczytywać logarytm jako wykładnik potęgi. Utrwalisz obliczanie prostych logarytmów i podstawowe prawa działań na logarytmach.

Szkoła średnia12 fiszek16 pytań w 2 etapachnotatka

Podcast

Ładuję…

Quizy w tym zestawie

16 pytań w 2 etapach

Odblokujesz je po dodaniu zestawu.

  1. Etap 1

    6 fiszek · 8 pytań

  2. Etap 2

    6 fiszek · 8 pytań

  3. Powtórka z całości

    15 pytań ze wszystkich etapów, po ukończeniu etapów

1.Logarytm

Logarytm liczby dodatniej bb przy podstawie aa to wykładnik xx, do którego należy podnieść aa, aby otrzymać bb: log⁡ab=x⇔ax=b\log_a b=x \Leftrightarrow a^x=b.

2.Warunki istnienia log⁡ab\log_a b

Aby logarytm log⁡ab\log_a b był określony w zbiorze liczb rzeczywistych, musi zachodzić: a>0a>0, a≠1a\ne1 oraz b>0b>0. Podstawa nie może być ujemna, zerowa ani równa 11.

3.Podstawa logarytmu

Podstawą logarytmu jest liczba aa w zapisie log⁡ab\log_a b. Określa ona, jaką potęgę rozpatrujemy. Musi spełniać warunki a>0a>0 oraz a≠1a\ne1.

4.Liczba logarytmowana

Liczba logarytmowana to argument bb w zapisie log⁡ab\log_a b. Musi być dodatnia. Jest wynikiem potęgowania ax=ba^x=b.

5.Związek logarytmu z potęgowaniem

Zapisy log⁡ab=x\log_a b=x i ax=ba^x=b są równoważne. Logarytmowanie jest działaniem odwrotnym do potęgowania o tej samej podstawie.

6.log⁡a1\log_a 1

Dla każdej dopuszczalnej podstawy aa zachodzi log⁡a1=0\log_a 1=0, ponieważ a0=1a^0=1.

7.log⁡aa\log_a a

Dla każdej dopuszczalnej podstawy aa zachodzi log⁡aa=1\log_a a=1, ponieważ a1=aa^1=a.

8.Logarytm dziesiętny

Logarytm dziesiętny ma podstawę 1010. Zapis log⁡b\log b oznacza zwykle log⁡10b\log_{10}b, na przykład log⁡1000=3\log 1000=3.

9.Logarytm naturalny

Logarytm naturalny ma podstawę ee, gdzie ee jest dodatnią stałą matematyczną. Zapisuje się go jako ln⁡b\ln b, czyli log⁡eb\log_e b.

10.Logarytm iloczynu

Dla dodatnich liczb x,yx,y zachodzi log⁡a(xy)=log⁡ax+log⁡ay\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y. Logarytm iloczynu zamienia się w sumę logarytmów.

11.Logarytm ilorazu

Dla dodatnich liczb x,yx,y zachodzi log⁡a(xy)=log⁡ax−log⁡ay\log_a\left(\frac{x}{y}\right)=\log_a x-\log_a y. Logarytm ilorazu zamienia się w różnicę logarytmów.

12.Logarytm potęgi

Dla dodatniego xx zachodzi log⁡a(xk)=klog⁡ax\log_a(x^k)=k\log_a x. Wykładnik potęgi można przenieść przed logarytm jako współczynnik.

Notatka

Czym jest logarytm?

Logarytm opisuje wykładnik potęgi. Zapis log⁡ab=x\log_a b=x czytamy: „logarytm z bb przy podstawie aa jest równy xx”. Oznacza on, że liczba aa podniesiona do potęgi xx daje liczbę bb:

log⁡ab=x⇔ax=b\log_a b=x \Leftrightarrow a^x=b

W tym zapisie aa to podstawa logarytmu, bb to liczba logarytmowana (argument), a xx jest wynikiem.

Zapamiętaj

Logarytmowanie jest działaniem odwrotnym do potęgowania: aby obliczyć logarytm, szukaj wykładnika potęgi.

Na przykład zapis log⁡28=3\log_2 8=3 jest prawdziwy, bo 23=82^3=8. Z kolei z równości 104=1000010^4=10000 wynika log⁡10000=4\log 10000=4.

Warunki istnienia

W liczbach rzeczywistych nie każdy zapis logarytmu ma sens. Dla log⁡ab\log_a b muszą być spełnione jednocześnie trzy warunki:

  • podstawa: a>0a>0,
  • podstawa: a≠1a\ne1,
  • argument: b>0b>0.

Podstawa 00 lub liczba ujemna nie są dopuszczalne. Nie można też stosować podstawy 11, ponieważ niezależnie od wykładnika zachodzi 1x=11^x=1, więc nie da się jednoznacznie wyznaczyć wyniku logarytmu. Argument nie może być zerem ani liczbą ujemną.

Ważne

Wyrażenia log⁡20\log_2 0, log⁡3(−9)\log_3(-9) oraz log⁡17\log_1 7 nie są określone w zbiorze liczb rzeczywistych.

Warto zauważyć, że podstawa może leżeć między 00 a 11, na przykład 12\frac{1}{2}. Poprawnie istnieje więc logarytm log⁡124\log_{\frac{1}{2}}4.

Najważniejsze wartości i rodzaje logarytmów

Dwa fakty wynikają bezpośrednio z własności potęg. Dla każdej dopuszczalnej podstawy aa zachodzi:

log⁡a1=0,log⁡aa=1\log_a 1=0, \qquad \log_a a=1

Pierwsza równość jest prawdziwa, bo a0=1a^0=1. Druga wynika z faktu, że a1=aa^1=a. Gdy argument jest potęgą podstawy, logarytm odczytuje jej wykładnik, na przykład log⁡5125=3\log_5 125=3.

Logarytm dziesiętny ma podstawę 1010. Gdy podstawa nie jest zapisana, symbol log⁡b\log b oznacza zwykle log⁡10b\log_{10}b. Przykładowo log⁡100=2\log 100=2.

Logarytm naturalny ma podstawę ee i zapisuje się go jako ln⁡b\ln b. W szkolnych zadaniach należy przede wszystkim poprawnie rozpoznawać jego podstawę: ln⁡b=log⁡eb\ln b=\log_e b.

Prawa działań na logarytmach

Prawa logarytmów wynikają z praw działań na potęgach. Obowiązują przy tej samej dopuszczalnej podstawie aa oraz dodatnich argumentach xx i yy:

  • logarytm iloczynu: log⁡a(xy)=log⁡ax+log⁡ay\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y,
  • logarytm ilorazu: log⁡a(xy)=log⁡ax−log⁡ay\log_a\left(\frac{x}{y}\right)=\log_a x-\log_a y,
  • logarytm potęgi: log⁡a(xk)=klog⁡ax\log_a(x^k)=k\log_a x.

Przykład

log⁡24+log⁡28=log⁡2(4⋅8)=log⁡232=5\log_2 4+\log_2 8=\log_2(4\cdot8)=\log_2 32=5.

Nie wolno rozdzielać logarytmu sumy ani różnicy: zazwyczaj log⁡a(x+y)≠log⁡ax+log⁡ay\log_a(x+y)\ne\log_a x+\log_a y. To częsty błąd, ponieważ wzór na sumę dotyczy iloczynu argumentów, a nie ich dodawania.

Strategia rozwiązywania zadań

W prostych zadaniach najpewniejszą metodą jest przejście od logarytmu do potęgi. Jeśli masz równanie log⁡3x=4\log_3 x=4, zapisz 34=x3^4=x, a następnie oblicz x=81x=81. Przed wykonaniem przekształcenia sprawdź, czy argument logarytmu jest dodatni.

Gdy występuje kilka logarytmów o tej samej podstawie, można najpierw użyć wzorów na iloczyn, iloraz albo potęgę, a potem wrócić do postaci potęgowej. Na przykład log⁡264−log⁡28=log⁡28=3\log_2 64-\log_2 8=\log_2 8=3.

W zadaniach maturalnych szczególnie ważne jest rozróżnianie argumentu, podstawy i wyniku oraz kontrola warunków istnienia. Nie zgaduj wartości logarytmu: zawsze sprawdź ją przez odpowiednie potęgowanie.

Sprawdzian do druku

Arkusz PDF z kluczem, punktacją i oceną

Sprawdzam sprawdzian…

Znasz kogoś z klasy, komu się przyda? Podziel się zestawem

WhatsApp

Podobne zestawy

Zobacz wszystkie fiszki z matematyki