Ilustracja do zestawu: Funkcja logarytmiczna: wykres i zastosowania

Matematyka

Funkcja logarytmiczna: wykres i zastosowania

Zestaw wyjaśnia definicję funkcji logarytmicznej, jej dziedzinę, wykres oraz monotoniczność zależną od podstawy. Zawiera także praktyczne zastosowania logarytmów, między innymi skalę pH, decybele i wyznaczanie czasu w modelach wykładniczych.

Szkoła średnia19 fiszek24 pytań w 3 etapachnotatka

Podcast

Ładuję…

Quizy w tym zestawie

24 pytań w 3 etapach

Odblokujesz je po dodaniu zestawu.

  1. Etap 1

    7 fiszek · 8 pytań

  2. Etap 2

    5 fiszek · 8 pytań

  3. Etap 3

    7 fiszek · 8 pytań

  4. Powtórka z całości

    15 pytań ze wszystkich etapów, po ukończeniu etapów

Karty pracy

Ćwiczenia do wydruku na ten temat

Funkcja wykładnicza i logarytmiczna - wykresy i zastosowaniaSzkoła średnia, klasy 2-3

Otwórz kartę pracy

Lekcje z kursów Odrabiamy

Obejrzyj albo posłuchaj o tym temacie

Zastosowanie funkcji wykładniczej i logarytmicznejWideo, 10 min · Kurs Maturalny - Matematyka podstawowa 2027

Obejrzyj lekcję

Zastosowanie funkcji wymiernejWideo, 8 min · Kurs Maturalny - Matematyka podstawowa 2027

Obejrzyj lekcję

1.Funkcja logarytmiczna

Funkcja postaci f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x, gdzie a>0a>0 oraz a≠1a\ne 1. Przyporządkowuje dodatniej liczbie xx wykładnik potęgi, do której trzeba podnieść podstawę aa, aby otrzymać xx.

2.Warunki istnienia funkcji log⁡ax\log_a x

Podstawa musi spełniać warunki a>0a>0 i a≠1a\ne 1, a argument logarytmu musi być dodatni: x>0x>0.

3.Dziedzina funkcji logarytmicznej

Dziedziną funkcji f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x jest zbiór wszystkich liczb dodatnich, czyli Df=(0,∞)D_f=(0,\infty).

4.Zbiór wartości funkcji logarytmicznej

Zbiorem wartości funkcji f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x jest zbiór liczb rzeczywistych: R\mathbb{R}. Logarytm może mieć wynik dodatni, ujemny albo równy zeru.

5.Miejsce zerowe funkcji log⁡ax\log_a x

Funkcja f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x ma miejsce zerowe dla x=1x=1, ponieważ log⁡a1=0\log_a 1=0 dla każdej dopuszczalnej podstawy aa.

6.Punkt charakterystyczny wykresu

Wykres funkcji f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x zawsze przechodzi przez punkt (1,0)(1,0). Dodatkowo przechodzi przez punkt (a,1)(a,1).

7.Monotoniczność przy a>1a>1

Jeśli a>1a>1, funkcja f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x jest rosnąca: większym argumentom odpowiadają większe wartości funkcji.

8.Monotoniczność przy 0<a<10<a<1

Jeśli 0<a<10<a<1, funkcja f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x jest malejąca: większym argumentom odpowiadają mniejsze wartości funkcji.

9.Asymptota pionowa funkcji logarytmicznej

Oś OyOy, czyli prosta x=0x=0, jest asymptotą pionową wykresu funkcji logarytmicznej. Wykres zbliża się do niej, ale jej nie przecina.

10.Funkcje wzajemnie odwrotne

Funkcje f(x)=axf(x)=a^x i g(x)=log⁡axg(x)=\log_a x są wzajemnie odwrotne. Ich wykresy są symetryczne względem prostej y=xy=x.

11.Logarytm iloczynu

Dla dodatnich liczb xx i yy zachodzi wzór log⁡a(xy)=log⁡ax+log⁡ay\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y.

12.Logarytm ilorazu

Dla dodatnich liczb xx i yy zachodzi wzór log⁡a(xy)=log⁡ax−log⁡ay\log_a\left(\frac{x}{y}\right)=\log_a x-\log_a y.

13.Logarytm potęgi

Dla dodatniego xx zachodzi wzór log⁡a(xk)=klog⁡ax\log_a(x^k)=k\log_a x. Wykładnik potęgi można zapisać przed logarytmem.

14.Logarytm dziesiętny

Logarytm dziesiętny ma podstawę 1010 i zapisuje się jako log⁡x\log x. Na przykład log⁡1000=3\log 1000=3.

15.Logarytm naturalny

Logarytm naturalny ma podstawę ee i zapisuje się jako ln⁡x\ln x. Jest używany między innymi w modelach wzrostu wykładniczego.

16.Przesunięcie wykresu w prawo

Wykres y=log⁡a(x−p)y=\log_a(x-p) otrzymuje się przez przesunięcie wykresu y=log⁡axy=\log_a x o pp jednostek w prawo. Nowa asymptota ma równanie x=px=p.

17.Przesunięcie wykresu w górę

Wykres y=log⁡ax+qy=\log_a x+q otrzymuje się przez przesunięcie wykresu y=log⁡axy=\log_a x o qq jednostek w górę.

18.Skala pH

Skala pH opisuje kwasowość roztworów zależnością pH=−log⁡[H+]\mathrm{pH}=-\log[H^+]. Spadek pH o 11 oznacza dziesięciokrotny wzrost stężenia jonów wodorowych.

19.Decybel

Poziom natężenia dźwięku wyraża się w decybelach za pomocą skali logarytmicznej. Wzrost o 10 dB10\,\mathrm{dB} oznacza dziesięciokrotny wzrost natężenia dźwięku.

Notatka

Definicja i sens logarytmu

Funkcja logarytmiczna ma postać f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x. Jej podstawa aa musi spełniać warunki a>0a>0 oraz a≠1a\ne 1. Logarytm określa wykładnik potęgi: zapis log⁡ax=y\log_a x=y jest równoważny zapisowi ay=xa^y=x.

Argument logarytmu, czyli liczba stojąca po znaku logarytmu, musi być dodatni. Nie istnieje więc logarytm rzeczywisty z zera ani z liczby ujemnej. Na przykład log⁡28=3\log_2 8=3, ponieważ 23=82^3=8.

Zapamiętaj

log⁡ax=y\log_a x=y wtedy i tylko wtedy, gdy ay=xa^y=x.

Dziedzina, wartości i punkty wykresu

Dla funkcji f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x dziedziną jest przedział Df=(0,∞)D_f=(0,\infty), natomiast zbiorem wartości jest cały zbiór liczb rzeczywistych R\mathbb{R}. Wartości funkcji mogą być dodatnie, ujemne lub równe zeru.

Wykres zawsze przechodzi przez punkt (1,0)(1,0), ponieważ log⁡a1=0\log_a 1=0. Przechodzi też przez punkt (a,1)(a,1), gdyż log⁡aa=1\log_a a=1. Oś OyOy, opisana równaniem x=0x=0, jest asymptotą pionową wykresu: wykres może się do niej zbliżać, lecz nie może jej przeciąć.

Ważne

Dodatni musi być cały argument logarytmu, np. dla log⁡3(x−2)\log_3(x-2) warunkiem jest x>2x>2.

Wpływ podstawy na wykres

Kształt wykresu zależy od wartości podstawy. Gdy a>1a>1, funkcja f(x)=log⁡axf(x)=\log_a x jest rosnąca. Gdy argument rośnie, rośnie także wartość logarytmu. Przykładem jest log⁡2x\log_2 x.

Jeżeli 0<a<10<a<1, funkcja jest malejąca. Przykładem jest log⁡12x\log_{\frac{1}{2}}x. W obu przypadkach wykres przechodzi przez (1,0)(1,0) i ma asymptotę x=0x=0, ale jego kierunek jest przeciwny.

Warto pamiętać, że znak wartości zależy od położenia argumentu względem 11. Dla podstawy większej od 11 i argumentów większych od 11 logarytm jest dodatni, a dla argumentów z przedziału (0,1)(0,1) jest ujemny.

Związek z funkcją wykładniczą

Funkcja logarytmiczna y=log⁡axy=\log_a x i funkcja wykładnicza y=axy=a^x są wzajemnie odwrotne. Oznacza to, że jedno działanie odwraca drugie: potęgowanie wyznacza wartość liczby, a logarytmowanie pozwala odzyskać wykładnik.

Wykresy funkcji odwrotnych są symetryczne względem prostej y=xy=x. Z tego powodu dziedzina funkcji logarytmicznej jest zbiorem wartości funkcji wykładniczej, a jej zbiór wartości jest dziedziną funkcji wykładniczej.

Przykład

Ponieważ 34=813^4=81, zachodzi log⁡381=4\log_3 81=4.

Przekształcenia wykresu i własności logarytmów

Wykres y=log⁡a(x−p)y=\log_a(x-p) powstaje przez przesunięcie wykresu podstawowego o pp jednostek w prawo. Jego asymptota zmienia się wtedy z x=0x=0 na x=px=p. Z kolei dodanie liczby poza logarytmem, jak w y=log⁡ax+qy=\log_a x+q, przesuwa wykres o qq jednostek w górę.

W zadaniach rachunkowych stosuje się podstawowe wzory:

  • log⁡a(xy)=log⁡ax+log⁡ay\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y
  • log⁡a(xy)=log⁡ax−log⁡ay\log_a\left(\frac{x}{y}\right)=\log_a x-\log_a y
  • log⁡a(xk)=klog⁡ax\log_a(x^k)=k\log_a x

Warunkiem używania tych wzorów jest dodatniość argumentów logarytmów. Nie wolno na przykład rozdzielać logarytmu sumy: na ogół log⁡a(x+y)\log_a(x+y) nie jest równe log⁡ax+log⁡ay\log_a x+\log_a y.

Zastosowania praktyczne

Logarytmy są przydatne wtedy, gdy wielkości zmieniają się w bardzo szerokim zakresie. Skala pH opisuje kwasowość roztworów wzorem pH=−log⁡[H+]\mathrm{pH}=-\log[H^+]. Obniżenie pH o 11 oznacza dziesięciokrotny wzrost stężenia jonów wodorowych.

Skala decybelowa służy między innymi do opisu natężenia dźwięku. Różnica 10 dB10\,\mathrm{dB} odpowiada dziesięciokrotnej zmianie natężenia. Logarytmy stosuje się też przy rozwiązywaniu problemów wzrostu wykładniczego, na przykład do wyznaczania czasu potrzebnego na osiągnięcie określonej wartości.

W praktyce warto najpierw zapisać sytuację w postaci potęgowej, a następnie użyć logarytmu, gdy niewiadomą jest wykładnik.

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