Как убрать логарифм из дифференциального уравнения

Преобразование выражений с использованием свойств логарифмов: примеры, решения

Если у нас есть выражение, содержащее логарифмы, то мы можем преобразовать его с учетом свойств этих логарифмов. В этом материале мы рассмотрим основные правила, по которым осуществляется данное преобразование.

В первом пункте приведем основные свойства логарифмов, представив их в виде списка. Далее рассмотрим характерные примеры преобразований с использованием этих свойств. Отдельно остановимся на числовых выражениях и на выражениях с переменными, а также посмотрим, как преобразовывать примеры с использованием модуля.

Свойства логарифмов

Чтобы преобразовывать выражения с логарифмами, обычно используют выражение, называемое основным логарифмическим тождеством: a log a b = b , a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 . Также нужно помнить следующие свойства:

log a 1 = 0 при любом a > 0 , a ≠ 1 .
log a a = 1 , если a > 0 , a ≠ 1 .
log_aa=1 log a a = 1 при любом a > 0 , a ≠ 1 .
log a a = 1 , если a > 0 , a ≠ 1 .
log a a p = p , при этом a > 0 , a ≠ 1 и p может быть любым действительным числом.
log a ( x · y ) = log a x + log a y , a > 0 , a ≠ 1 , x > 0 , y > 0 . В обобщенном виде это свойство можно представить как log a ( x 1 · x 2 · … · x n ) = log a x 1 + log a x 2 + … + log a x n , a > 0 , a ≠ 1 , x 1 > 0 , x 2 > 0 , … , x n > 0
) log a x y = log a x — log a y .
log a x y = log a x — log a y , при этом a > 0 , a ≠ 1 , x > 0 , y > 0 .
log a x y = log a x — log a y , a > 0 , a ≠ 1 , x > 0 , y > 0 .
log a b p = p · log a b , при этом a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , а p может быть любым действительным числом.
это свойство является следствием предыдущего: log a b n = 1 n · log a b , a > 0 , a ≠ 1 , n может быть любым натуральным числом больше 1 , b > 0 .
log a b = log c b log c a , при этом a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , c > 0 , c ≠ 1 .
свойство, также являющееся следствием: log a b = 1 log b a , где a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , b ≠ 1 .
log a q b p = p q · log a b , a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , p и q могут быть любыми действительными числами, q ≠ 0
log a q b p = p q , a > 0 , a ≠ 1 , p и q – любые действительные числа, q ≠ 0 .
log a q a p = p q , b log a c = c log a b , при этом a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , c > 0 .

Преобразовывая выражения, мы можем использовать данные равенства как справа налево, так и наоборот. Учить их все наизусть нет необходимости, достаточно знать основные свойства логарифмов и несколько других свойств, например, что b n = b 1 n , если b ≥ 0 . Из них можно вывести остальные свойства. Само решение, правда, при этом будет несколько длиннее. Например, если мы не знаем следствия log a q b p = p q · log a b и используем только основные свойства логарифмов, нам нужно будет выполнить несколько последовательных преобразований:

log a q b p = log a b p log a a q = p · log a b q = p q · log a b

То же относится и к последнему свойству из списка, выраженному формулой b log a c = C log a c = c log a b : оно тоже может быть выведено из основных свойств. Нужно учитывать, что если у нас есть степень положительного числа с логарифмом в показателе, то мы всегда можем поменять число под логарифмом и основание степени местами. В принципе, на практике такие задачи встречаются не слишком часто, но мы их все же разберем.

Как преобразовать числовое выражение с логарифмом

После того, как мы вспомнили основные свойства логарифмов, покажем, как использовать их при решении задач. Начнем с того, как преобразовывать числовые выражения, потому что такие вычисления считаются более простыми. Возьмем сперва примитивные примеры, с помощью которых легко проиллюстрировать выбор нужного свойства логарифма, а потом будем наращивать сложность задач. В конце разберем задания, в которых нужно использовать сразу несколько свойств.

Как выбрать свойство логарифма для преобразования

Список свойств, приведенный в первом пункте, довольно большой, и очевидно, что нужно хорошо в нем ориентироваться, чтобы получить нужный результат. Обычно выбор делается по итогам сравнения исходного логарифма/выражения с левыми и правыми частями формул, выражающих свойства. В том случае, когда одна из частей формулы похожа на исходный логарифм или выражение, мы берем именно это свойство и выполняем преобразование с его помощью. Покажем на примерах, как именно это делается.

Для начала преобразуем выражение, используя определение логарифма, выраженное формулой a log a b = b , a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 .

Условие: преобразуйте и вычислите значение следующих выражений: 1 ) 5 log 5 4 ; 2 ) 10 lg ( 1 + 2 · π ) , 3 ) 2 + 3 log 2 + 3 ln 15 ; 4 ) 2 log 2 ( − 7 ) ; 5 ) ( — 5 ) log — 5 e 3

Решение

В первом примере прослеживается формула a log a b . У нас есть a = 5 , b = 4 , что соответствует необходимому условию a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 . Используем нужное равенство a log a b = b и получим 5 log 5 4 = 4 .

Во втором случае a будет равно 10 , b – 1 + 2 · π . Необходимое условие выполнено, значит, мы можем записать это в виде равенства: 10 l g ( 1 + 2 · π ) = 1 + 2 · π .

В третьем выражении у нас есть степень вида a log a b , причем a = 2 + 3 и b = ln 15 . Запишем: 2 + 3 log 2 + 3 ln 15 = ln 15 . Хотя равенство также соответствует формуле a log a b , где a равно 2 , а b = — 7 , мы не можем воспользоваться ею для преобразования. Из-за наличия отрицательного числа под знаком логарифма выражение лишается смысла. Кроме того, — 7 не соответствует условию b > 0 , что еще раз подтверждает, что данную формулу мы взять не можем. Следовательно, вычислить значение исходного выражения нельзя, и запись 2 log 2 ( − 7 ) = − 7 будет ошибочна.

То же самое относится и к четвертому примеру. Мы не можем записать, что — 5 log — 5 · e 3 = e 3 , поскольку такое выражение смысла не имеет.

Ответ: 1 ) 5 log 5 4 = 4 ; 2 ) 10 l g ( 1 + 2 · π ) = 1 + 2 · π ; 3 ) 2 + 3 log 2 + 3 ln 15 = ln 15 ; 4 и 5 — не имеют смысла.

Довольно часто в задачах встречается такой вид преобразования, когда некоторое положительно число представляют в виде степени другого числа, также положительного и не равного 1 , имеющего в показателе логарифм. Основной такого преобразования также является основное определение логарифма a log a b = b , a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , но в перевернутом виде, т.е. прочитанное справа налево, например, 3 = e ln 3 или 5 = 5 log 5 5 .

Далее возьмем примеры с другими свойствами логарифмов.

Условие: вычислите, если возможно: 1 ) log − 2 1 , 2 ) log 1 1 , 3 ) log 0 1 , 4 ) log 7 1 , 5 ) ln 1 , 6 ) l g 1 , 7 ) log 3 , 75 1 , 8 ) log 5 · π 71 .

Решение

В первых трех примерах мы видим не имеющие смысла выражения log − 2 1 , log 1 1 , log 0 1 . Основанием логарифма не может быть число меньше 1 , в т.ч. 0 и отрицательные значения, т.к. для них логарифм не определен. Значит, значение этих выражений вычислить нельзя.

В других случаях логарифмы имеют подходящие основания: 7 , e , 10 , 3 , 75 и 5 · π 7 , а под знаками логарифма везде 1 . Зная соответствующее свойство логарифма ( log a 1 = 0 при любом a > 0 , a ≠ 1 ., мы можем сделать вывод, что значения этих выражений равны 0 .

Ответ: 1 , 2 , 3 смысла не имеют; 4 ) log 7 1 = 0 , 5 ) ln 1 = 0 , 6 ) l g 1 = 0 , 7 ) log 3 , 75 1 = 0 , 8 ) log 5 · e 7 1 = 0 .

Условие: вычислите значения: 1 ) log 1 3 1 3 , 2 ) ln e , 3 ) l g 10 , 4 ) log 5 · π 3 − 2 ( 5 · π 3 − 2 ) , 5 ) log − 3 ( − 3 ) , 6 ) log 1 1 .

Решение

Нам потребуется свойство логарифма, выраженное формулой log a a = 1 при a > 0 , a ≠ 1 . Исходные логарифмы схожи между собой в том, что их основания и числа под знаком логарифма являются одинаковыми. Казалось бы, можно сразу сделать вывод, что значения всех выражений будут равны единице, однако посмотрим внимательнее. В заданиях 1 , 2 , 3 , 4 действительно ответом будет 1 , а вот в 5 и 6 исходные выражения смысла не имеют.

Ответ: 1 ) log 1 3 = 1 3 = 1 , 2 ) ln e = 1 , 3 ) l g 10 = 1 , 4 ) log 5 · π 3 − 2 ( 5 · π 3 − 2 ) = 1 ; 5 , 6 не имеют смысла.

Условие: вычислите: 1 ) log 3 3 11 , 2 ) log 1 + 2 2 ( 1 + 2 2 ) 7 2 3 , 3 ) log π 5 ( π 5 ) — 2 , 4 ) log − 10 ( − 10 ) 6 .

Решение

Видим, что под логарифмами находятся некоторые степени основания, значит, нам нужно использовать соответствующее свойство log a a p = p , где a > 0 , a ≠ 1 и p будет любым действительным числом. С учетом этого можно записать следующее:

log 3 3 11 = 11
log 1 + 2 2 ( 1 + 2 · 2 ) 7 2 3 = 7 2 3
log π 5 ( π 5 ) — 2 = — 2
для этого примера мы не можем написать такое же равенство, как и в предыдущем примере, поскольку log − 10 ( − 10 ) 6 = 6 не имеет смысла.

Ответ: 1 ) log 3 3 11 = 11 , 2 ) log 1 + 2 2 ( 1 + 2 · 2 ) 7 2 3 = 7 2 3 , 3 ) log π 5 ( π 5 ) — 2 = — 2 , 4 ) не имеет смысла.

Условие: даны выражения log 2 , 6 4 · 1 2 7 , ln 2 + 1 π и l g ( ( − 5 ) · ( − 12 ) ) . Нужно представить их как суммы или разности логарифмов по тому же основанию.

Решение

Смотрим, что находится под знаком логарифма. Там произведение, значит, берем свойство логарифма произведения: log a ( x · y ) = log a x + log a y , a > 0 , a ≠ 1 , x > 0 , y > 0 . В исходных примерах основания и числа в произведениях положительны, т.е. условие данного свойства соблюдено. Применим его для первого выражения:

log 2 , 6 4 · 1 2 7 = log 2 , 6 4 + log 2 , 6 1 2 7

Чтобы вычислить значение второго выражения, нам нужно свойство логарифма частного: log a x y = log a x — log a y , a > 0 , a ≠ 1 , x > 0 , y > 0 . Здесь в основании стоит положительное число e , также у нас есть положительный числитель 2 + 1 и знаменатель π , т.е. условия свойства соблюдены. Применяем свойство и записываем, что ln 2 + 1 π = ln 2 + 1 — ln π .

Разберем третий пример. Начнем с того, что выражение l g ( ( − 5 ) · ( − 12 ) ) будет иметь смысл, однако формула логарифма произведения для него не подойдет, поскольку оба числа — 5 и — 12 отрицательны. Значит, преобразование l g ( ( − 5 ) · ( − 12 ) ) = l g ( − 5 ) + l g ( − 12 ) не подходит. Какое же свойство тогда использовать?

Проведем предварительное преобразование, чтобы избавиться от отрицательных чисел. Далее мы подробно поговорим, когда нужно выполнять такое действие, а пока ограничимся записью самого решения, которое и так понятно: l g ( ( − 5 ) · ( − 12 ) ) = l g ( 5 · 12 ) = l g 5 + l g 12 .

Ответ: 1 ) log 2 , 6 4 · 1 2 7 = log 2 , 6 4 + log 2 , 6 1 2 7 , 2 ) ln 2 + 1 π = ln 2 + 1 — ln π , 3 ) l g ( ( − 5 ) · ( − 12 ) ) = l g 5 + l g 12 .

Условие: упростите выражения log 3 0 , 25 + log 3 16 + log 3 0 , 5 и ln 2 3 — ln 1 3 .

Решение

Здесь мы тоже можем использовать свойства логарифма частного и произведения по аналогии с предыдущим примером, только нам потребуется их обратная запись. Преобразуем сумму логарифмов в логарифм произведения, а разность логарифмов в логарифм частного. В итоге у нас получается в первом примере log 30 , 25 + log 3 16 + log 3 0 , 5 = log 3 ( 0 , 25 · 16 · 0 , 5 ) = log 3 2 , а во втором ln 2 3 — ln 1 3 = ln 2 3 : 1 3 = ln 2 .

Ответ: 1 ) log 30 , 25 + log 3 16 + log 3 0 , 5 = log 3 ( 0 , 25 · 16 · 0 , 5 ) = log 3 2 , 2 ) ln 2 3 — ln 1 3 = ln 2 .

Условие: есть выражения log 0 , 7 5 11 , log 3 — 1 ( 3 — 2 + 5 · 67 3 ) 5 + 1 и log 3 ( − 5 ) 6 . Нужно избавиться от степени в выражении под знаком логарифма.

Решение

Очевидно, что у нас здесь есть выражения вида log a b p . Берем свойство, которое выражается формулой вида

log a b p = p · log a b , где a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , p — любое действительное число. Поскольку условия a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 выполнены, то мы можем преобразовать log a b p в произведение p · log a b .

в случае с первым выражением a равно 7 , b – пяти и p – 11 . Тогда log 0 , 7 5 11 = 11 · log 0 , 7 5 .
тут a = 3 — 1 , b = 3 — 2 + 5 · 67 3 , p = 5 + 1 . Нужные условия выполнены, значит, мы можем записать, что:
log 3 — 1 ( 3 — 2 + 5 · 67 3 ) 5 + 1 = = 5 + 1 · log 3 — 1 ( 3 — 2 + 5 · 67 3 )
у нас есть выражение той же структуры: log a b p , a = 3 , b = − 5 , p = 6 , однако одно из условий не выполняется, а именно b у нас меньше 0 . Значит, эту формулу мы применить не можем, и нам будет нужно предварительно преобразовать выражение под знаком логарифма. Решение будет таким: log 3 ( − 5 ) 6 = log 3 5 6 = 6 · log 3 5 .

Ответ: 1 ) log 0 , 7 5 11 = 11 · log 0 , 7 5 , 2 ) log 3 — 1 ( 3 — 2 + 5 · 67 3 ) 5 + 1 = = 5 + 1 · log 3 — 1 ( 3 — 2 + 5 · 67 3 ) 3 ) log 3 ( − 5 ) 6 = 6 · log 3 5 .

Применение формулы в обратном порядке в виде p · log a b = log a b p требуется довольно часто. При таком преобразовании важно соблюсти все те же условия для числовых значений переменных. Например, 3 · ln 5 = ln 5 3 и l g 2 · log 2 3 = log 2 3 l g 2 .

Условие: согласно таблице логарифмов, l g 2 ≈ 0 , 3010 и l g 5 ≈ 0 , 6990 . Вычислите, сколько будет log 2 5 . Здесь же: запишите ln 11 ln 3 в виде логарифма, основание которого равно 3 .

Решение

Воспользуемся формулой перехода к новому основанию и представим исходный логарифм как отношение десятичных логарифмов с известными нам значениями.

log 2 5 = l g 5 l g 2

Вычисляем и находим ответ: l g 5 l g 2 ≈ 0 , 6990 0 , 3010 ≈ 2 , 3223 .

Во втором примере также будет достаточно формулы перехода к новому основанию, только в обратном порядке, т.е. log c b log c a = log a b .

Считаем: ln 11 ln 3 = log 3 11

Ответ: 1 ) log 2 5 ≈ 2 , 3223 , 2 ) ln 11 ln 3 = log 3 11 .

Мы разобрали множество примеров, где для осуществления преобразования достаточно применить одну формулу свойства логарифма или его определение. Теперь мы можем перейти к более сложным задачам, в которых нужно последовательно применять несколько свойств, а также делать дополнительные преобразования. Однако перед этим запишем еще один важный пример использования следствий из основных свойств логарифмов.

Условие: 1 ) дан логарифм ln 1 + π 7 . Необходимо избавиться от корня под знаком логарифма; 2 ) выполните преобразование дроби 1 log 2 5 в логарифм с основанием 4 ; 3 ) преобразуйте логарифм log e 2 3 4 5 так, чтобы избавиться от степени в основании; 4 ) вычислите, сколько будет log 2 — 1 3 2 1 6 ; 5 ) осуществите замену 2 , 3 log 7 3 на степень с основанием 3 .

Решение

Вспоминаем следствие из свойства логарифма степени, которое выражается формулой log a b n = 1 n · log a b .В первом случае можем сразу же подсчитать: ln 1 + π 7 = 1 7 · ln ( 1 + π ) .
во втором случае нам понадобится формула log a b = 1 log b a , примененная в обратном порядке. Получим 1 log 2 5 = log 5 2 .
здесь нам потребуется свойство log a q b p = p q · log a b . Применяем его и получаем log e 2 3 4 5 = 4 5 2 · ln 3 = 2 5 · ln 3 .
в этом случае нам нужно будет следствие, выраженное формулой log a q a p = p q : log ( 2 ) — 1 3 2 1 6 = 1 6 — 1 3 = — 1 2
используем формулу свойства b log a c = c log a b и вычисляем ответ:

2 , 3 log 7 · 3 = 3 log 7 2 , 3

Ответ: 1 ) ln 1 + π 7 = 1 7 · ln ( 1 + π ) ; 2 ) 1 log 2 5 = log 5 2 ; 3 ) log e 2 3 4 5 = 2 5 · ln 3 ; 4 ) log ( 2 ) — 1 3 2 1 6 = — 1 2 . 5 ) 2 , 3 log 7 · 3 = 3 log 7 2 , 3 .

Задачи с применением нескольких свойств логарифмов

В действительности чаще встречаются более сложные задания, чем те, что мы разобрали в предыдущем параграфе. В них приходится выполнять преобразования в несколько шагов, применяя последовательно одно свойство за другим. Кроме того, они зачастую включают в себя необходимость раскрывать скобки, приводить подобные слагаемые, сокращать обыкновенные дроби и др. Это не так сложно, как кажется, главное – соблюдать правильную последовательность действий.

Условие: вычислите, сколько будет ( log 3 15 − log 3 5 ) · 7 log 7 5 .

Решение

Мы можем заменить выражение в скобках логарифмом log 3 ( 15 : 5 ) , используя свойство частного. Вычисляем его значение и получаем log 3 ( 15 : 5 ) = log 3 3 = 1 .

Согласно основному определению логарифма, значением 7 log 7 5 будет 5 . Подставим в исходное выражение получившиеся результаты и найдем, что ( log 3 15 − log 3 5 ) · 7 log 7 5 = 1 · 5 = 5 .

Вот все решение без комментариев:

( log 3 15 − log 3 5 ) · 7 log 7 5 = log 3 ( 15 : 5 ) · 5 = = log 3 3 · 5 = 1 · 5 = 5

Ответ: ( log 3 15 − log 3 5 ) · 7 log 7 5 = 5 .

Условие: вычислите, чему равен log 3 log 2 2 3 − 1 .

Решение

Начнем с преобразования логарифма, который, в свою очередь, сам находится под знаком логарифма. Используем для этого формулу логарифма степени log 2 2 3 = 3 . Получим, что log 3 log 2 2 3 = log 3 3 , а дальше log 3 3 = 1 . Следовательно, log 3 log 2 2 3 − 1 = 1 − 1 = 0 .

Ответ: log 3 log 2 2 3 − 1 = 0 .

Условие: выполните упрощение выражения 3 ln 5 ln 3 log 5 2 .

Решение

Берем формулу перехода к новому основанию. С ее помощью можно представить отношение логарифмов ln 5 ln 3 как log 3 5 . У нас получилось 3 log 3 5 log 5 2 . Теперь применяем формулу основного определения логарифма 3 log 3 5 = 5 и получаем, что 3 log 3 5 log 5 2 . Нам осталось лишь вычислить значение этого выражения. Оно будет равно 2 .

Ответ: 3 ln 5 ln 3 log 5 2 = 2 .

Перейдем к дальнейшему пункту обсуждения логарифмических преобразований. У нас есть выражения log 3 3 4 , 5 2 + log 5 3 , lg 0 , 01 . Они не напоминают нам ни об одной известной нам формуле свойства, но их все же можно изменить этим способом, если выполнить предварительные преобразования: 5 2 + log 5 3 = 5 2 · 5 log 5 3 = 25 · 3 = 75 , log 3 3 4 = log 3 1 2 3 4 = 4 1 2 = 8 и l g 0 , 01 = l g 10 − 2 = − 2 . Разберем подробнее, как именно это делается.

Предварительное преобразование перед применением основных свойств логарифмов

На практике мы часто можем встретить логарифмы, которые внешне не похожи ни на одну часть формулы свойства. Однако при этом преобразование требует применения именно этих формул. Это возможно, если перед этим привести их к соответствующему виду. Это процесс называется тождественным преобразованием.

В роли таких действий могут выступать почти любые преобразования выражений, в том числе раскрытие скобок, вынесение за скобки множителей, применение формул тригонометрии и т.д. Это очевидно, поскольку выражения под знаком логарифма могут содержать практически все, что угодно: модули, скобки, дроби, степени и др. Поэтому нужно уметь выполнять разные виды преобразований, чтобы успешно решать такие задачи.

Данная статья не имеет целью осветить все возможные случаи преобразований, поскольку их очень много. Мы выбрали только четыре, которые наиболее распространены.

Довольно часто приходится получать степени под знаком и в основании, чтобы потом использовать формулу логарифма степени и последствия данного свойства. Мы выполняем такое преобразование, если в видим в условии логарифмы следующего вида: ln 2 5 3 2 3 32 , log 3 81 .
Также нужно уметь выполнять преобразование, связанное со свойствами степени. Оно нужно нам для последующего использования формулы, которая отвечает определению логарифма. Мы применяем его, когда у нас есть выражения, подобные 2 log 2 2 3 , 3 2 · log 35 , 7 1 + log 74 , 25 ( log 3 5 ) — 3 и др.
Обязательно нужно преобразовывать выражения с десятичными дробями под знаком логарифма или в его основании. Иногда после этого мы обнаруживаем, что основание под знаком степени и основание логарифма будут равны, как, например, здесь: log 1 5 ( 0 , 2 ) 7
Также нужно знать правила преобразования выражений, где под знаком логарифма стоит отрицательное число. Мы расскажем, что нужно делать, если в условии стоят выражения вроде l g ( − 3 ) − 4 , log 6 ( ( − 9 ) · ( − 4 ) ) и др.

Разберем подробно каждый вид преобразования.

Как выделить степень в основании логарифма и под его знаком

Сразу возьмем конкретный пример. У нас есть выражение log 1 9 81 , структура которого не подсказывает нам ни одного возможного свойства логарифмов, которое можно было бы использовать. Значит, нам надо начать с преобразования самого выражения или сразу с вычисления его значения. Как же это сделать? Обратите внимание на числа 81 и 1 9 . Их легко представить в виде степени с основанием 3 : 81 = 3 4 и 1 9 = 3 − 2 . Значит, все выражение можно переписать как log 3 — 2 3 4 , а здесь уже видна возможность использования свойства log a q b p = p q · log a b . Таким образом, log 1 9 81 = log 3 — 2 = 4 — 2 = — 2 .

Этот пример иллюстрирует нам следующую мысль: если есть возможность, нужно выделить степень в основании и под знаком логарифма, чтобы впоследствии применить свойство логарифма степени. Ниже мы приведем некоторые советы, как именно выделять степени в таких примерах.

В некоторых случаях число можно преобразовать в целую степень, как в примере выше. В задачах то и дело встречаются степени чисел 2 и 3 , которые легко узнать с первого взгляда: 243 = 3 5 , 81 = 3 4 , 8 = 2 3 , 64 = 2 6 и др. Для решения примеров полезно иметь таблицу степеней натуральных чисел в пределах 10 , чтобы сразу видеть возможности преобразования выражений. Также легко работать с выражениями, включающими целые степени 10 , 100 и др.

Условие: вычислите или упростите выражения log 6 216 , log 343 1 243 , log 0 , 000001 0 , 001 .

Решение

В первом случае мы сразу видим, что 216 можно представить в виде 6 3 . Значит, log 6 216 = log 6 6 3 = 3 .
у нас есть числа 343 и 1 243 . Обратимся к таблице степеней и увидим, что их можно представить в виде 7 3 и 3 − 4 . Выполняем дальнейшие преобразования и получаем:
log 343 1 243 = log 7 3 3 — 4 = = — 4 3 · log 7 3 = — 1 1 3 · log 7 3
Поскольку 0 , 000001 = 10 − 6 и 0 , 001 = 10 − 3 , тогда log 0 , 000001 0 , 001 = log 10 − 6 10 − 3 = — 3 — 6 = 1 2

Ответ: 1 ) log 6 216 = 3 , 2 ) log 343 1 243 = — 1 1 3 · log 7 3 ; 3 ) log 0 , 000001 0 , 001 = 1 2 .

Если исходного числа нет в таблице степеней, то мы можем разложить его на простые множители.

Условие: упростите выражение log 3 648 · log 2 3 .

Решение

Выполняем разложение 648 на простые множители.

648 324 162 81 9 3 1 2 2 2 3 3 3

Значит, это число можно представить в виде 648 = 2 3 · 3 4 . Следовательно, log 3 648 · log 2 3 = log 3 ( 2 3 · 3 4 ) · log 2 3

Теперь мы можем преобразовать исходный логарифм произведения в сумму, а потом воспользоваться формулой логарифма степени.

log 3 ( 2 3 · 3 4 ) · log 2 3 = ( log 3 2 3 + log 3 3 4 ) · log 2 3 = = ( 3 · log 3 2 + 4 ) · log 2 3 .

Упрощаем выражение через раскрытие скобок:

( 3 · log 3 2 + 4 ) · log 2 3 = 3 · log 3 2 · log 2 3 + 4 · log 2 3 .

В полученном выражении log 3 2 · log 2 3 является произведением взаимно обратных чисел, которое равно 1. Следовательно, формулируем ответ как 3 · log 3 2 · log 2 3 + 4 · log 2 3 = 3 · 1 + 4 · log 2 3 = 3 + 4 · log 2 3 .

Ответ: log 3 648 · log 2 3 = 3 + 4 · log 2 3 .

Зачастую под логарифмом записываются выражения, представляющие собой отношения или произведения корней: 3 2 3 · 3 — 2 , 2 · 2 2 7 3 и т.д. Они также приводятся к виду степени: сначала мы выполняем переход от корня к степени, используя соответствующие свойства. С помощью таких преобразований мы можем получить выражение, удобное для применения формулы логарифма степени.

Условие: найдите значение выражений log 5 2 · 5 — 0 . 5 · 5 — 1 5 3 4 5 4 и log 3 729 1 9 .

Решение

В первом случае у нас есть произведение степеней, имеющих одинаковые основания. Используя нужное свойство, получим: 5 2 · 5 − 0 , 5 · 5 − 1 = 5 2 − 0 , 5 − 1 = 5 0 , 5 . Для преобразования дроби сначала выполним переход от корня к степени, затем используем свойство отношения степеней с одинаковыми основаниями:

5 3 4 5 4 = 5 3 4 4 = 5 3 4 — 4 = 5 — 3 1 4

Полученное выражение подставим в исходный логарифм, применив формулу log a q a q = p q , и получим ответ:

log 5 2 · 5 — 0 . 5 · 5 — 1 5 3 4 5 4 = log 5 0 . 5 5 — 3 1 4 = — 3 1 4 0 . 5 = = — 13 4 1 2 = — 13 2 = — 6 1 2

Во втором случае представим число 729 как 3 6 , а 1 9 как 3 − 2 . Исходный логарифм приобретет вид log 3 3 6 3 — 2 . Используя свойство корня из степени, преобразуем основание логарифма и получим:

3 3 6 = 3 3 3 = 3 1 — 3 = 3 — 2

Заканчиваем преобразование: log 3 3 6 3 — 2 = log 3 — 2 3 — 2 = 1 .

Ответ: 1 ) log 5 2 · 5 — 0 . 5 · 5 — 1 5 3 4 5 4 = — 6 1 2 ; 2 ) log 3 729 1 9 = 1

Преобразования, которые нужно сделать, чтобы получить под знаком логарифма нужную степень, могут значительно отличаться от примера к примеру.

Условие: вычислите значения log 1 3 — 1 1 32 · 3 + 1 — 5 и log 2 · cos 1 ( 1 + cos 2 ) 3 .

Решение

Первое, что нам нужно сделать, – это избавиться от иррациональности в знаменателе первой дроби, лежащей в основании логарифма:

1 3 — 1 = 3 + 1 3 — 1 · 3 + 1 = 3 + 1 3 2 — 1 2 = 3 + 1 2

Мы получили результат, схожий с дробью под знаком логарифма. Применим к нему свойства степеней и получим:

1 32 · 3 + 1 — 5 = 3 + 1 5 32 = 3 + 1 5 2 5 = 3 + 1 2 5

В результате преобразований у нас получился логарифм степени основания log 3 + 1 2 3 + 1 3 5 . Значение данного выражения будет равно 5 .

Чтобы преобразовать второе выражение, надо воспользоваться тригонометрическими формулами, а конкретно формулой понижения степени cos 2 a = 1 + cos 2 a 2 :

log 2 · cos 1 ( 1 + cos 2 ) 3 = log 2 · cos 1 ( 2 · cos 2 1 ) 3

Преобразуем второй логарифм, записав его как степень 2 · cos 2 1 1 2 или же 2 · cos 1 2 3 = 2 · cos 1 6 . Оба выражения будут иметь одно и то же значение, равное шести.

Ответ: 1 ) log 1 3 — 1 1 32 · 3 + 1 — 5 = 5 ; 2 ) log 2 · cos 1 ( 1 + cos 2 ) 3 = 6 .

Как применять свойства степени при преобразовании выражений с логарифмами

Ранее мы уже использовали свойства степеней, чтобы преобразовать выражения под знаком логарифма и его основание. Посмотрим, в каких еще характерных случаях потребуется такая подготовка.

Для начала возьмем задачи на применение свойства степеней с одинаковыми основаниями a p · a q = a p + q . Чаще всего его применяют в обратном порядке, т.е. справа налево.

Условие: вычислите значения 3 − 2 + log 3 7 и 0 , 7 2 − log 0 , 7 0 , 1 .

Решение

В первом примере нужно представить исходную степень как произведение двух степеней, т.е. 3 − 2 + log 3 7 = 3 − 2 · 3 log 3 7 . Теперь найдем, чему равен первый множитель. Возведем его в степень, потом вычислим значение второго множителя, используя определение логарифма, и подсчитаем их произведение:

3 − 2 · 3 log 3 7 = ( 1 9 ) · 7 = 7 9

Во втором примере нам надо подготовить выражение к преобразованию, выполнив переход к произведению степеней: 0 , 7 2 − log 0 , 7 0 , 1 = 0 , 7 2 · 0 , 7 − log 0 , 7 0 , 1 . После этого нам нужно представить показатель − log 0 , 7 0 , 1 в виде l log 0 , 7 ( 0 , 1 ) − 1 = log 0 , 7 10 . Теперь все, что нам осталось, – это закончить вычисления:

0 , 7 2 · 0 , 7 − log 0 , 7 0 , 1 = 0 , 49 · 0 , 7 log 0 , 7 10 = 0 , 49 · 10 = 4 , 9

Ответ: 1 ) 3 − 2 + log 3 7 = 7 9 ; 2 ) 0 , 7 2 − log 0 , 7 0 , 1 = 4 , 9 .

Также для предварительных преобразований нужно обязательно знать свойство степени в степени, которое выражается формулой ( a p ) q = a p · q , например, если у нас есть выражение ( e ln 2 ) 3 , то мы можем заключить, что значение части в скобках будет равно 2 . Значит, ( e ln 2 ) 3 = 2 3 = 8 . А если в условии указано ( e 3 ) ln 2 или ( e 3 ) ln 2 , то мы сначала приводим их к виду ( e ln 2 ) 3 :

e 3 · ln 2 = e ln 2 · 3 = ( e ln 2 ) 3 и ( e 3 ) ln 2 = e 3 · ln 2 = e ln 2 · 3 = ( e ln 2 ) 3 .

Посмотрим пример решения такой задачи.

Условие: выполните упрощение выражений 2 log 2 2 3 − 3 log 2 3 и 5 ( log 8 5 ) − 1 .

Решение

Отметим, что выражения 2 log 2 2 3 и 2 log 2 2 3 не являются равными друг другу. Мы можем представить 2 log 2 2 3 как 2 log 2 3 · log 2 3 . Используя свойство степени, представим его как ( 2 log 2 3 ) log 2 3 , что будет тождественно равным 3 log 2 3 . В итоге мы имеем, что 2 log 2 2 3 − 3 log 2 3 = 3 log 2 3 − 3 log 2 3 = 0 .

Вот запись всего решения:

2 log 2 2 3 − 3 log 2 3 = 2 log 2 3 · log 2 3 − 3 log 2 3 = = ( 2 log 2 3 ) log 2 3 − 3 log 2 3 = 3 log 2 3 − 3 log 2 3 = 0

Перейдем ко второму примеру. Запись 25 ( log 8 5 ) — 1 не будет равна ( 25 log 8 5 ) − 1 . Мы можем представить степень ( log 8 5 ) − 1 как дробь 1 log 8 5 . Ее нужно преобразовать, используя следствие свойства перехода к новому основанию по формуле log a b = 1 log b a , чтобы получить log 5 8 .

Так, 25 ( log 8 5 ) — 1 = 25 log 5 8 . Поскольку 25 – это 5 2 , имеем 5 log 5 8 = ( 5 2 ) log 5 8 . То, что у нас получилось, представляем в виде ( 5 log 5 8 ) . Нам осталось только вычислить значение: ( 5 log 5 8 ) 2 = 8 2 = 64 .

Ответ: 1 ) 2 log 2 2 3 − 3 log 2 3 = 0 , 2 ) 25 ( log 8 5 ) − 1 = 64 .

Также встречаются примеры, где предварительная подготовка к использованию свойств логарифмов заключается в применении и свойства умножения степеней с одинаковыми основаниями, и свойства степени в степени. Например,

4 − 0 , 5 + 2 · log 4 3 = 4 − 0 , 5 · 4 2 · log 4 3 = = 1 2 · ( 4 log 4 3 ) 2 = 1 2 · 3 2 = 1 2 · 9 = 4 , 5

Преобразование логарифмов с десятичными дробями

Применить свойства логарифмов можно и тогда, когда под знаком логарифма у нас стоит десятичная дробь. Что можно сделать с выражением log 0 , 4 2 5 3 ? Отметим, что 2 5 и 0 , 4 равны между собой 0 , 4 = 4 10 = 2 5 , то есть это разные формы записи для одного и то же числа.

В целом можно сказать, что в случае наличия десятичной дроби под знаком логарифма необходимо выполнить переход к обыкновенной дроби. Это поможет увидеть возможности использования свойств логарифмов.

Разберем подобную задачу.

Условие: вычислите значение выражения log 0 , 4 6 , 25 .

Решение

Начнем с перехода от десятичных дробей к обыкновенным.

log 0 , 4 6 , 25 = log 4 10 625 100 = log 2 5 25 4

Теперь видно, что мы можем преобразовать 25 4 в виде ( 2 5 ) − 2 и воспользоваться формулой логарифма степени. Вычисляем значение:

log 2 5 25 4 = log 2 5 2 5 — 2 = — 2

Ответ: — 2 .

Преобразование выражений с отрицательными числами под знаком логарифма

Еще один случай, который мы хотели бы рассмотреть – это преобразование выражений, в которых под знаком логарифма стоит отрицательное число, например, log 3 — 9 3 — 27 или log 3 ( ( − 2 ) · ( − 5 ) ) .

Мы не можем сразу воспользоваться формулами свойств логарифмов в том виде, в каком приводили их в последнем пункте, например, сразу перейти от log 3 ( ( − 2 ) · ( − 5 ) ) к log 3 ( − 2 ) + log 3 ( − 5 ) , применить свойство логарифма степени к log 2 ( − 2 ) 6 или логарифма частного к log 3 — 9 3 — 27 , поскольку отрицательные числа не могут находиться под знаком логарифма и в его основании.

Что это значит на практике? Вернемся к нашему примеру log 3 ( ( − 2 ) · ( − 5 ) ) . Структура выражения соответствует формуле log a ( x · y ) , где a равно 3 , x — 3 и y — 5 . Поскольку условия a > 0 , a ≠ 1 , x > 0 , y > 0 не выполнены, формулу log a ( x · y ) = log a x + log a y мы применить не можем, и равенство log 3 ( ( − 2 ) · ( − 5 ) ) = log 3 ( − 2 ) + log 3 ( − 5 ) записать нельзя. Преобразования вида log 3 — 9 3 — 27 = log 3 — 9 3 — log 3 ( — 27 ) также будут неправильными.

Это не значит, что выражения с отрицательными числами не могут быть преобразованы с использованием свойств логарифмов. Это допускается при условии предварительных преобразований, позволяющих избавиться от минуса. Они базируются на хорошо известных нам правилах работы с числами, меньшими 0 .

Вернемся опять к нашему примеру. Согласно правилам умножения, ( − 2 ) · ( − 5 ) = 2 · 5 , значит, log 3 ( ( − 2 ) · ( − 5 ) ) = log 3 ( 2 · 5 ) . К выражению в таком виде мы уже можем применить формулу log 3 ( 2 · 5 ) = log 3 2 + log 3 5 . А вот для примера log 2 ( − 2 ) 6 нужно будет выполнить следующие действия:

( − 2 ) 6 = ( ( − 1 ) · 2 ) 6 = ( − 1 ) 6 · 2 6 = 1 · 2 6 = 2 6

Значит, log 2 ( − 2 ) 6 = log 2 2 6 = 6 .

Условие: найдите значение выражения log 2 — 16 3 — 2 — 2 3 .

Решение

Сначала заключим, что данное выражение имеет смысл. Воспользоваться сразу свойством логарифма частного у нас нет возможности из-за отрицательных чисел под знаком логарифма, поэтому выполним преобразования.

Определив корень нечетной степени из отрицательного числа, выполним переход от — 16 3 — 2 — 2 3 к — 16 3 — 2 — 2 3 . Согласно правилам деления, получим — 16 3 — 2 — 2 3 = 16 3 2 — 2 3 . Теперь нам нужно получившуюся дробь представить в виде степени числа 2 и найти значение получившегося логарифма.

16 3 2 — 2 3 = 2 4 3 2 — 2 3 = 2 4 3 2 — 2 3 = 2 4 3 — — 2 3 = 2 2 log 2 — 16 3 — 2 — 2 3 = log 2 2 2 = 2

Ответ: log 2 — 16 3 — 2 — 2 3 = 2 .

Некоторые свойства, например, логарифма частного, степени с четным показателем и произведения, можно распространить и на отрицательные числа с помощью модулей. Как это делается, мы покажем далее. Так, поскольку свойство логарифма произведения выглядит как log a ( x · y ) = log a | x | + log a | y | , где a > 0 , a ≠ 1 , x ≠ 0 , y ≠ 0 , то после преобразования мы получим log 3 ( ( − 2 ) · ( − 5 ) ) = log 3 | − 2 | + log 3 | − 5 | = log 3 2 + log 3 5 .

Как преобразовать логарифмическое выражение с переменными

В предыдущих параграфах мы разобрали, как работать с числовыми выражениями, содержащими логарифмы. Однако если требуется решить логарифмическое неравенство или уравнение, нам понадобится умение работать с теми случаями, когда под знаком логарифма содержится выражение с переменными. В целом при этом мы руководствуемся теми же принципами, что и с числовыми выражениями, но тут следует отдельно пояснить некоторые нюансы, незнание которых ведет к ошибкам.

Особенности преобразований выражений с переменными

Основная трудность состоит в том, что при работе с такими выражениями числа, расположенные под знаком логарифма и в его основании, должны соответствовать особым условиям, а в случае определенных переменных из области допустимых значений эти условия могут оказаться невыполненными. Приведем один наглядный пример.

У нас есть логарифмическое выражение log 2 ( x + 1 ) 4 . При преобразовании нужно обязательно учитывать область допустимых значений, поэтому первым шагом должно стать ее нахождение. Здесь она определена неравенством ( x + 1 ) 4 > 0 , значение которого является числовым множеством ( − ∞ , − 1 ) ∪ ( − 1 , + ∞ ) . Решить его можно с помощью метода интервалов.

Исходное выражение соответствует формуле log A B p , где A равно 2 , B – x + 1 , а p – четырем.

Мы видим, что заданное выражение соответствует виду log A B p , где A = 2 , B = x + 1 и p = 4 . Такие выражения преобразовываются по свойству логарифма степени log a b p = p · log a b . Можно ли поступить так с этим выражением? Вычислим значение исходного логарифма и выражения, которое получилось после преобразования, например, при x = − 2 . В итоге: log 2 ( − 2 + 1 ) 4 = log 2 1 = 0 , а 4 · log 2 ( − 2 + 1 ) = 4 · log 2 ( − 1 ) –выражение, не имеющее смысла. Значит, мы ошиблись.

Причина ошибки в том, что мы взяли формулу log a b p = p · log a b , но это допустимо лишь при условии a > 0 , a ≠ 1 , b > 0 , p — любое действительное число. Иными словами, проделанное нами преобразование возможно, если x + 1 > 0 , что аналогично x > − 1 (для A и p – условия выполнены). Однако в нашем случае ОДЗ переменной x для исходного выражения состоит не только из промежутка x > − 1 , но и из промежутка x − 1 . Но для x − 1 мы не имели права осуществлять преобразование по выбранной формуле.

Почему надо учитывать область допустимых значений

Продолжая работу с выражением log 2 ( x + 1 ) 4 , проанализируем, как изменится область значений, когда мы выполним переход к виду 4 · log 2 ( x + 1 ) . Ранее мы уже определили эту область как множество ( − ∞ , − 1 ) ∪ ( − 1 , + ∞ ) . Теперь вычислим, какова будет область допустимых значений для 4 · log 2 ( x + 1 ) . Она определяется условием x + 1 > 0 , а ему, в свою очередь, будет отвечать множество ( − 1 , + ∞ ) . Мы видим, что область допустимых значений сузилась, а это может привести к различным ошибочным последствиям, поэтому таких преобразований следует избегать.

Важно следить, как меняется область значений во время каждого преобразования. Если на каком-либо этапе происходит ее сужение, это повод тщательно проверить все вычисления и определить, правомерно ли использования данного преобразования.

Чаще всего при решении задач приходится иметь дело с выражениями, область допустимых значений которых не ограничивает применение свойств логарифмов в прямом и обратном порядке, но не следует относиться так ко всем примерам. Нужно всегда проверять, что происходит с областью допустимых значений, и своевременно отслеживать возможные ошибки.

Запишем, в ходе каких преобразований чаще всего происходит непреднамеренное сужение области значений:

когда мы переходим от логарифма произведения к сумме, например, ln ( x · ( x + 3 ) ) = ln x + ln ( x + 3 ) сузит нужную область.
Когда мы переходим от логарифма частного к разности. Пример такого преобразования – замена log 2 x sin x на log 2 x − log 2 sin x .
Когда мы выносим четный показатель степени, используя формулу логарифма степени log a b p = p · log a b и формулу log a b p = p q · log a b . Примеры таких преобразований – log x 3 ( x — 8 ) 2 = 2 3 · log x ( x — 8 ) , ln ( x + 3 ) − 4 = − 4 · ln ( x + 3 ) .

Иногда в результате преобразования область допустимых значений может не сужаться, а расширяться, например, при переходе от 4 · log 2 ( x + 1 ) к log 2 ( x + 1 ) 4 . В этом случае область расширяется от ( − 1 , + ∞ ) до ( − ∞ , − 1 ) ∪ ( − 1 , + ∞ ) . Такие преобразования имеют место, если оставаться в рамках ОДЗ для исходного выражения. Так, преобразование 4 · log 2 ( x + 1 ) = log 2 ( x + 1 ) 4 имеет место на области значений переменной x для исходного выражения 4 · log 2 ( x + 1 ) , то есть, при x + 1 > 0 , что аналогично ( − 1 , + ∞ ) .

Теперь, когда мы обговорили тонкости, на которые нужно обращать внимание при преобразовании выражений с переменными с использованием свойств логарифмов, остается разобраться, как правильно эти преобразования проводить.

Правила проведения преобразований

Мы говорили ранее, что чаще всего область допустимых значений позволяет нам применять свойства логарифмов в привычных формулировках.

Условие: упростите 3 · l g ( x + 2 ) 7 − l g ( x + 2 ) − 5 · l g ( x + 2 ) 4 .

Решение

На первый взгляд данное выражение нужно преобразовать, используя логарифм степени, то есть сначала вынести нужную степень в виде коэффициента и потом привести подобные слагаемые. Давайте разберемся, правомерно ли применение выбранного свойства в этом случае.

Чтобы перейти от l g ( x + 2 ) 7 к 7 · l g ( x + 2 ) и от l g ( x + 2 ) 4 к 4 · l g ( x + 2 ) , нам нужно, чтобы x + 2 > 0 . Выясним, будет ли соблюдено данное условие. Для этого нам нужно определить область допустимых значений переменной x. Ее можно выразить с помощью системы неравенств ( x + 2 ) 7 > 0 , x + 2 > 0 , ( x + 2 ) 4 > 0 , которая будет равносильной условию x + 2 > 0 (если нужно, повторите материал о решении систем неравенств). Следовательно, мы можем взять формулу логарифма степени. Считаем:

3 · l g ( x + 2 ) 7 − l g ( x + 2 ) − 5 · l g ( x + 2 ) 4 = = 3 · 7 · l g ( x + 2 ) − l g ( x + 2 ) − 5 · 4 · l g ( x + 2 ) = = 21 · l g ( x + 2 ) − l g ( x + 2 ) − 20 · l g ( x + 2 ) = = ( 21 − 1 − 20 ) · l g ( x + 2 ) = 0

Область допустимых значений позволяет нам использовать и другой вариант вычисления, например, такой:

3 · l g ( x + 2 ) 7 — l g ( x + 2 ) — 5 · l g ( x + 2 ) 4 = = l g ( ( x + 2 ) 7 ) 3 — l g ( x + 2 ) — l g ( ( x + 2 ) 4 ) 5 = = l g ( x + 2 ) 21 — l g ( x + 2 ) — l g ( x + 2 ) 20 = = l g ( x + 2 ) 21 ( x + 2 ) · ( x + 2 ) 20 = l g 1 = 0

Ответ: 3 · l g ( x + 2 ) 7 − l g ( x + 2 ) − 5 · l g ( x + 2 ) 4 = 0 .

А как быть в случае, если в области допустимых значений нужные условия не будут выполняться? Возьмем соответствующий пример и разберем его.

Условие: выполнить упрощение выражения l g ( x + 2 ) 4 − l g ( x + 2 ) 2 .

Решение

Здесь свободно использовать свойство логарифма степени мы не можем. Область допустимых значений x можно представить в виде объединения промежутков x > − 2 и x − 2 . Если x > − 2 , то применяем нужное свойство и действуем по аналогии с тем, как мы решали задачу выше: l g ( x + 2 ) 4 − l g ( x + 2 ) 2 = 4 · l g ( x + 2 ) − 2 · l g ( x + 2 ) = 2 · l g ( x + 2 ) . Однако в области значений есть и промежуток x + 2 0 , и в случае с ним подобное преобразование будет некорректным. Как же нам быть тогда?

Применим знаки модуля. Вспомним определение данного понятия и представим x + 2 при x + 2 0 как − | x + 2 | . В таком случае мы можем выполнить переход от l g ( x + 2 ) 4 − l g ( x + 2 ) 2 к l g ( − | x + 2 | ) 4 − l g ( − | x + 2 | ) 2 , и далее к l g | x + 2 | 4 − l g | x + 2 | 2 .То, что у нас получилось в итоге, может быть преобразовано с использованием свойства логарифма степени, ведь | x + 2 | > 0 при любом x .

Модуль нам больше не нужен, значит, избавляемся от него. С учетом того, что мы преобразовывали при | x + 2 | 0 , имеем 2 · l g | x + 2 | = 2 · l g ( − ( x + 2 ) ) . Это и будет ответом на поставленный вопрос.

Ответ: l g ( x + 2 ) 4 — l g ( x + 2 ) 2 = 2 · l g ( x + 2 ) , x + 2 > 0 2 · l g ( — ( x + 2 ) ) , x + 2 0 . Можно записать ответ компактнее, используя знаки модуля: l g ( x + 2 ) 4 — l g ( x + 2 ) 2 = 2 · l g x + 2 .

Возьмем еще один пример, чтобы закрепить навыки работы с модулями.

Условие: представьте выражение ln x — 1 · x — 2 x — 3 как сумму и разность логарифмов линейных двучленов x − 1 , x − 2 и x − 3 .

Решение

Вычисляем область допустимых значений данного выражения:

x — 1 · x — 2 x — 2 > 0 , ( 1 , 2 ) ∪ 3 , + ∞

Поскольку значения x − 1 , x − 2 и x − 3 будут положительны на промежутке от трех до плюс бесконечности, то мы можем использовать формулы свойств логарифма суммы и разности:

ln x — 1 · x — 2 x — 3 = = ln ( x — 1 ) + ln ( x — 2 ) — ln ( x — 3 )

А на интервале от одного до двух значение x − 1 будет положительным, а x − 2 и x − 3 – отрицательными. Значит, отрицательные значения нам нужно заключить в знаки модуля. У нас получится, что:

ln x — 1 · x — 2 x — 3 = ln x — 1 · — x — 2 — x — 3 = = ln ( x — 1 ) · x — 2 x — 3

После этого можно спокойно применять формулу логарифма произведений и частного, поскольку на интервале от одного до двух значения всех трех выражений x − 1 , | x − 2 | и | x − 3 | будут положительными. В итоге имеем:

ln x — 1 · x — 2 x — 3 = ln ( x — 1 ) + ln x — 2 — ln x — 3 = = ln x — 1 + ln ( — ( x — 2 ) ) — ln ( — ( x — 3 ) )

Теперь объединяем получившиеся результаты.

Ответ: ln x — 1 · x — 2 x — 3 = ln x — 1 + ln ( — ( x — 2 ) ) — ln ( — ( x — 3 ) )

С помощью таких рассуждений и свойств логарифмов отношения, произведения и степени можно вывести несколько результатов, полезных на практике и удобных в использовании:

сумма логарифмов log a | X | + log a | Y | , a > 0 , a ≠ 1 может быть использована вместо логарифма произведения log a ( X · Y ) .
Разность логарифмов log a | X | − log a | Y | , где a > 0 , a ≠ 1 , X и Y являются произвольными выражениями, может быть использована вместо логарифма частного.
Выражение p · log a | B | , где a > 0 , a ≠ 1 , p является четным числом, а B – произвольным выражением, может быть использована вместо логарифма B в четной степени p .

Условие: выполните упрощение выражения 13 · log 8 ( ( x + 4 ) · ( x — 2 ) ) — log 8 x + 4 13 x — 2 .

Решение

На первый взгляд, мы должны взять формулы логарифмов разности, суммы и степени. Давайте посмотрим, насколько правомерно их использование в данном случае. Для начала вычислим область допустимых значений:

( x + 4 ) · ( x — 2 ) > 0 , ( x + 4 ) 13 x — 2 > 0 — ∞ , — 4 ∪ 2 , + ∞

У нас получилось, что значения выражений x + 4 , x − 2 и ( x + 4 ) 13 в данной области могут быть как положительными, так и отрицательными. Значит, нам нужно использовать модули.

13 · log 8 ( ( x + 4 ) · ( x — 2 ) ) — log 8 ( x + 4 ) 13 x — 2 = = 13 · log 8 x + 4 + 13 · log 8 x — 2 — — log 8 x + 4 13 — log 8 x — 2 = = 13 · log 8 x + 4 + 13 · log 8 x — 2 — — log 8 ( x + 14 ) 13 + log 8 x — 2 = = 13 · log 8 x + 4 — log 8 ( x + 4 ) 13 + 14 · log 8 x — 2

Зная свойства модуля, перепишем x + 4 13 в виде x + 4 13 . Значит, что:

13 · log 8 x + 4 — log 8 ( x + 4 ) 13 + 14 · log 8 x — 2 = = 13 · log 8 x + 4 — log 8 x + 4 13 + 14 · log 8 x — 2

Теперь мы можем свободно применить формулу логарифма степени и выполнить приведение подобных слагаемых:

13 · log 8 x + 4 — log 8 x + 4 13 + 14 · log 8 x — 2 = = 13 · log 8 x + 4 — 13 · log 8 x + 4 + 14 · log 8 x — 2 = = 14 · log 8 x — 2

Возможны и другие преобразования, которые дают тот же результат:

13 · log 8 ( ( x + 4 ) · ( x — 2 ) ) — log 8 x + 4 13 x — 2 = = log 8 ( ( x + 4 ) · ( x — 2 ) ) 13 — log 8 x + 4 13 x — 2 = = log 8 ( ( x + 4 ) 13 · ( x — 2 ) ) 13 — log 8 x + 4 13 x — 2 = = log 8 ( x + 4 ) 13 · ( x — 2 ) 13 x + 4 13 x — 2 = log 8 ( x — 2 ) 14

Поскольку на области допустимых значений x − 2 может быть и положительным, и отрицательным, необходимо заключить это выражение под знак модуля во время вынесения четного показателя степени. У нас получится, что log 8 ( x — 2 ) 14 = 14 · log 8 x — 2

А что было бы, если бы мы не стали использовать модуль, а сразу начали применять свойства логарифмов? У нас получился бы результат 14 · log 8 ( x − 2 ) , который был бы верен при x ∈ ( 2 , + ∞ ) , однако ошибочен на всей остальной области допустимых значений.

Ответ: 13 · log 8 ( ( x + 4 ) · ( x — 2 ) ) — log 8 x + 4 13 x — 2 = 14 · log 8 x — 2 .

Рецепты домашней выпечки с фото — пошаговые мастер-классы

Кулинарный портал о выпечке

Как убрать логарифм из уравнения. Логарифмические уравнения. Как решать логарифмические уравнения

Все знают, зачем нужна математика. Однако многим людям требуется помощь в решении математических задач и уравнений. Прежде чем рассказать, как решать логарифмические уравнения, нужно понять, что они из себя представляют. Уравнения, которые содержат в себе неизвестную в основании логарифма или под его знаком, называются логарифмическими уравнениями. Уравнение, имеющие вид: logaX = b, или те, которые можно свести к такому виду, принято считать простейшими логарифмическими уравнениями.

Правильное решение

Для правильного решения таких уравнений, необходимо помнить о свойствах любой логарифмической функции:

множество действительных чисел (область значения)
множество положительных чисел (область определения)
в случае, когда «а» больше 1, происходит строгое возрастание логарифмической функции, если меньше – убывание
при заданных параметрах: loga «a» равняется 1, а также loga 1 равняется нулю, нужно учитывать что «а» не будет равна 1, и будет больше 0.

Правильное решение логарифмических уравнений напрямую зависит от понимания самого логарифма. Возьмем пример: 5х=11. Х является числом, в которое необходимо возвести 5, чтобы получилось 11. Это число называется логарифмом 11 по основанию 5 и записывается это в следующем виде: х=log511. Таким образом, нам удалось решить показательное уравнение: 5х=11, получив ответ: х=log511.

Логарифмические уравнения

Уравнение, которое имеет логарифмы, называется логарифмическим уравнениям. В этом уравнении неизвестные переменные, а также выражения с ними, расположены внутри самих логарифмов. И нигде больше! Примеры логарифмических уравнений: log2x=16, log5(x3-7)=log5(3x), lg3(x+3)+20=15lg(x+5) и т.д. Не забывайте, что различные выражения с х-ми могут находиться только внутри заданного лагорифма.

Избавляемся от логарифмов

Методы решения логарифмических уравнений применяются в соответствии с имеющейся задачей, а сам процесс решения в целом, является весьма непростым занятием. Давайте начнем с элементарных уравнений. Простейшие логарифмические уравнения имеют следующий вид:

Решение логарифмического уравнения предполагает собой переход от уравнения с логарифмами, к уравнению в которых их нет. И в простейших уравнениях это можно сделать за один шаг. Именно по этой причине их и называют простейшими. К примеру, нам нужно решить следующее уравнение: log5x = log52. Для этого нам не нужны особые знания. В данном примере нам нужно избавиться от логарифмов, которые и портят нам всю картину. Убираем логарифмы и получаем: х=2. Таким образом, и в дальнейшем необходимо убирать ненужные логарифмы, если это возможно. Ведь именно такая последовательность и позволяет решать логарифмические неравенства и уравнения. В математике такие действия принято называть потенцированием. Но такое избавление от логарифмов имеет свои правила. Если логарифмы не имеют никаких коэффициентов (т.е. заданы сами по себе), а также при их одинаковом числовом основании – логарифмы можно убирать.

Помните, после того, как мы ликвидировали логарифмы, у нас остается упрощенное уравнение. Давайте решим еще один пример:

log9 (5x-4)-log9x. Потенцируем и у нас получается:

Как видим, удалив логарифмы, мы получили обычное уравнение, решить которое уже не составляет особого труда. Теперь можно перейти к более сложным примерам: log9 (60x-1)=2. Нам нужно обратиться к логарифму (число, в которое возводится основание, в нашем случае 9) для получения подлогарифменного выражения (60х-1). Наш логарифм равняется 2. Следовательно: 92=60х-1. Логарифма больше нет. Решаем полученное уравнение: 60х-1=59, х = 1.

Этот пример мы решили соответственно смыслу логарифма. Следует отметить, что из любого заданного числа можно сделать логарифм, причем необходимого вида. Такой метод является весьма полезным в решении неравенств и логарифмических уравнений. Если же в уравнении нужно найти корень, давайте разберем, как это можно сделать: log5(18 – x) = log55

Если в нашем уравнении у обоих сторон уравнения есть логарифмы, имеющие одинаковую основу, то можно приравнять выражения, которые стоят под знаками наших логарифмов. Убираем общую основу: log5. Получаем простое уравнение: 18 –х = 5, х = 13.

На самом деле, решать логарифмические уравнения не так уж и сложно. Даже учитывая тот факт, что свойства логарифмических уравнений могут существенно отличаться, все равно – нерешаемых заданий не бывает. Необходимо знать свойства самого логарифма, а также уметь их правильно применять. Не нужно спешить: вспоминаем вышеприведенные инструкции и приступаем к решению поставленных задач. Ни в коем случае не нужно пугаться сложного уравнения, Вы обладаете всеми необходимыми знаниями и ресурсами для того, чтобы без труда справиться с любым из них.

С уравнениями мы все знакомы с начальных классов. Еще там мы учились решать самые простые примеры, и надо признать, что они находят свое применение даже в высшей математике. С уравнениями все просто, в том числи и с квадратными. Если у вас проблемы с этой темой, настоятельно рекомендуем вам повторить ее.

Логарифмы вы, вероятно, тоже уже прошли. Тем не менее, считаем важным рассказать, что это для тех, кто еще не знает. Логарифм приравнивается к степени, в которую нужно возвести основание, чтобы получилось число, стоящее справа от знака логарифма. Приведем пример, исходя из которого, вам все станет ясно.

Если вы возведете 3 в четвертую степень получится 81. Теперь подставьте по аналогии числа, и поймете окончательно, как решаются логарифмы. Теперь осталось лишь совместить два рассмотренных понятия. Изначально ситуация кажется чрезвычайно сложной, но при ближайшем рассмотрении весе становится на свои места. Мы уверены, что после этой короткой статьи у вас не будет проблем в этой части ЕГЭ.

Сегодня выделяют множество способов решения подобных конструкций. Мы расскажем о самых простых, эффективных и наиболее применимых в случае заданий ЕГЭ. Решение логарифмических уравнений должно начинаться с самого простого примера. Простейшие логарифмические уравнения состоят из функции и одной переменной в ней.

Важно учесть, что x находится внутри аргумента. A и b должны быть числами. В таком случае вы можете попросту выразить функцию через число в степени. Выглядит это следующим образом.

Разумеется, решение логарифмического уравнения таким методом приведет вас к верному ответу. Ног проблема подавляющего большинства учеников в этом случае заключается в том, что они не понимают, что и откуда берется. В результате приходится мириться с ошибками и не получать желаемых баллов. Самой обидной ошибкой будет, если вы перепутаете буквы местами. Чтобы решить уравнение этим способом, нужно зазубрить эту стандартную школьную формулу, потому что понять ее сложно.

Чтобы было проще, можно прибегнуть к другому способу – канонической форме. Идея крайне проста. Снова обратите внимание на задачу. Помните, что буква a – число, а не функция или переменная. A не равно одному и больше нуля. На b никаких ограничений не действует. Теперь из всех формул вспоминаем одну. B можно выразить следующим образом.

Из этого следует, что все исходные уравнения с логарифмами можно представить в виде:

Теперь мы можем отбросить логарифмы. Получится простая конструкция, которую мы уже видели ранее.

Удобство данной формулы заключается в том, что ее можно применять в самых разных случаях, а не только для самых простых конструкций.

Не переживайте насчет ООФ!

Многие опытные математики заметят, что мы не уделили внимание области определения. Сводится правило к тому, что F(x) обязательно больше 0. Нет, мы не упустили этот момент. Сейчас мы говорим об еще одном серьезном преимуществе канонической формы.

Лишних корней здесь не возникнет. Если переменная будет встречаться лишь в одном месте, то область определения не является необходимостью. Она выполняется автоматически. Чтобы убедиться в данном суждении, займитесь решением нескольких простых примеров.

Как решать логарифмические уравнения с разными основаниями

Это уже сложные логарифмические уравнения, и подход к их решению должен быть особым. Здесь редко получается ограничиться пресловутой канонической формой. Начнем наш подробный рассказ. Мы имеем следующую конструкцию.

Обратите внимание на дробь. В ней находится логарифм. Если вы увидите такое в задании, стоит вспомнить один интересный прием.

Что это значит? Каждый логарифм можно представить в виде частного двух логарифмов с удобным основанием. И у данной формулы есть частный случай, который применим с этим примером (имеем ввиду, если c=b).

Именно такую дробь мы и видим в нашем примере. Таким образом.

По сути, перевернули дробь и получили более удобное выражение. Запомните этот алгоритм!

Теперь нужно, что логарифмическое уравнение не содержало разных оснований. Представим основание дробью.

В математике есть правило, исходя из которого, можно вынести степень из основания. Получается следующая конструкция.

Казалось бы, что мешает теперь превратить наше выражение в каноническую форму и элементарно решить ее? Не все так просто. Дробей перед логарифмом быть не должно. Исправляем эту ситуацию! Дробь разрешается выносить в качестве степени.

Если основания одинаковые, мы можем убрать логарифмы и приравнять сами выражения. Так ситуация станет в разы проще, чем была. Останется элементарное уравнение, которое каждый из нас умел решать еще в 8 или даже в 7 классе. Расчеты вы сможете произвести сами.

Мы получили единственно верный корень этого логарифмического уравнения. Примеры решения логарифмического уравнения достаточно просты, не так ли? Теперь и у вас получится самостоятельно разобраться даже с самыми сложными задачами для подготовки и сдачи ЕГЭ.

Что в итоге?

В случае с любыми логарифмическими уравнениями мы исходим из одного очень важного правила. Необходимо действовать так, чтобы привести выражение к максимально простому виду. В таком случае у вас будет больше шансов не просто решить задание правильно, но еще и сделать это максимально простым и логичным путем. Именно так всегда действуют математики.

Настоятельно не рекомендуем вам искать сложных путей, особенно в этом случае. Запомните несколько простых правил, которые позволят преобразовать любое выражение. К примеру, привести два или три логарифма к одному основанию или вывести степень из основания и выиграть на этом.

Также стоит помнить о том, что в решении логарифмических уравнений необходимо постоянно тренироваться. Постепенно вы будете переходить ко все более сложным конструкциям, а это приведет вас к уверенному решению всех вариантов задач на ЕГЭ. Готовьтесь к экзаменам заблаговременно, и удачи вам!

Решение логарифмических уравнений. Часть 1.

Логарифмическим уравнением называется уравнение, в котором неизвестное содержится под знаком логарифма (в частности, в основании логарифма).

Простейшее логарифмическое уравнение имеет вид:

Решение любого логарифмического уравнения предполагает переход от логарифмов к выражениям, стоящим под знаком логарифмов. Однако это действие расширяет область допустимых значений уравнения и может привести к появлению посторонних корней. Чтобы избежать появления посторонних корней , можно поступить одним из трех способов:

1. Сделать равносильный переход от исходного уравнения к системе, включающей

в зависимости от того, какое неравенство или проще.

Если уравнение содержит неизвестное в основании логарифма:

то мы переходим к системе:

2. Отдельно найти область допустимых значений уравнения , затем решить уравнение и проверить, удовлетворяют ли найденные решения уравнения.

3. Решить уравнение, и потом сделать проверку: подставить найденные решения в исходное уравнение, и проверить, получим ли мы верное равенство.

Логарифмическое уравнение любого уровня сложности в конечном итоге всегда сводится к простейшему логарифмическому уравнению.

Все логарифмические уравнения можно условно разделить на четыре типа:

1 . Уравнения, которые содержат логарифмы только в первой степени. Они с помощью преобразований и использования приводятся к виду

Пример . Решим уравнение:

Приравняем выражения, стоящие под знаком логарифма:

Проверим, удовлетворяет ли наш корень уравнения:

2 . Уравнения, которые содержат логарифмы в степени, отличной от 1 (в частности, в знаменателе дроби). Такие уравнения решаются с помощью введения замены переменной .

Пример. Решим уравнение:

Найдем ОДЗ уравнения:

Уравнение содержит логарифмы в квадрате, поэтому решается с помощью замены переменной.

Важно! Прежде чем вводить замену, нужно «растащить» логарифмы, входящие в состав уравнения на «кирпичики», используя свойства логарифмов.

При «растаскивании» логарифмов важно очень аккуратно применять свойства логарифмов:

Кроме того, здесь есть еще одно тонкое место, и, чтобы избежать распространенной ошибки, воспользуемся промежуточным равенством: запишем степень логарифма в таком виде:

Подставим полученные выражения в исходное уравнение. Получим:

Теперь мы видим, что неизвестное содержится в уравнении в составе . Введем замену : . Так как может принимать любое действительное значение, на переменную мы никаких ограничений не накладываем.

Заключительные видео из длинной серии уроков про решение логарифмических уравнений. В этот раз мы будем работать в первую очередь с ОДЗ логарифма — именно из-за неправильного учета (или вообще игнорирования) области определения возникает большинство ошибок при решении подобных задач.

В этом коротком видеоуроке мы разберем применение формул сложения и вычитания логарифмов, а также разберемся с дробно-рациональными уравнениями, с которыми у многих учеников также возникают проблемы.

О чем пойдет речь? Главная формула, с которой я хотел бы разобраться, выглядит так:

log a (f g ) = log a f + log a g

Это стандартный переход от произведения к сумме логарифмов и обратно. Вы наверняка знаете эту формулу с самого начала изучения логарифмов. Однако тут есть одна заминка.

До тех пор, пока в виде переменных a , f и g выступают обычные числа, никаких проблем не возникает. Данная формула работает прекрасно.

Однако, как только вместоf и g появляются функции, возникает проблема расширения или сужения области определения в зависимости от того, в какую сторону преобразовывать. Судите сами: в логарифме, записанном слева, область определения следующая:

А вот в сумме, записанной справа, область определения уже несколько иная:

Данный набор требований является более жестким, чем исходный. В первом случае нас устроит вариант f 0 выполняется).

Итак, при переходе от левой конструкции к правой возникает сужение области определения. Если же сначала у нас была сумма, а мы переписываем ее в виде произведения, то происходит расширение области определения.

Другими словами, в первом случае мы могли потерять корни, а во втором — получить лишние. Это необходимо учитывать при решении реальных логарифмических уравнений.

Итак, первая задача:

[Подпись к рисунку]

Слева мы видим сумму логарифмов по одному и тому же основанию. Следовательно, эти логарифмы можно сложить:

[Подпись к рисунку]

Как видите, справа мы заменил ноль по формуле:

Давайте еще немного преобразуем наше уравнение:

log 4 (x − 5) 2 = log 4 1

Перед нами каноническая форма логарифмического уравнения, мы можем зачеркнуть знак log и приравнять аргументы:

Обратите внимание: откуда взялся модуль? Напомню, что корень из точного квадрата равен именно модулю:

[Подпись к рисунку]

Затем решаем классическое уравнение с модулем:

|f | = g (g > 0) ⇒f = ±g

x − 5 = ±1 ⇒x 1 = 5 − 1 = 4; x 2 = 5 + 1 = 6

Вот два кандидат на ответ. Являются ли они решением исходного логарифмического уравнения? Нет, ни в коем случае!

Оставить все просто так и записать ответ мы не имеем права. Взгляните на тот шаг, когда мы заменяем сумму логарифмов одним логарифмом от произведения аргументов. Проблема в том, что в исходных выражениях у нас стоят функции. Следовательно, следует потребовать:

х(х − 5) > 0; (х − 5)/х > 0.

Когда же мы преобразовали произведение, получив точный квадрат, требования изменились:

Когда это требование выполняется? Да практически всегда! За исключением того случая, когда х − 5 = 0. Т.е. неравенство сведется к одной выколотой точке:

Как видим, произошло расширение области определения, о чем мы и говорили в самом начале урока. Следовательно, могут возникнуть и лишние корни.

Как же не допустить возникновения этих лишних корней? Очень просто: смотрим на наши полученные корни и сравниваем их с областью определения исходного уравнения. Давайте посчитаем:

Решать будем с помощью метода интервалов:

х (х − 5) = 0 ⇒ х = 0; х = 5

Отмечаем полученные числа на прямой. Все точки выколотые, потому что неравенство строгое. Берем любое число, больше 5 и подставляем:

[Подпись к рисунку]

На интересуют промежутки (−∞; 0) ∪ (5; ∞). Если мы отметим наши корни на отрезке, то увидим, что х = 4 нас не устраивает, потому что этот корень лежит за пределами области определения исходного логарифмического уравнения.

Возвращаемся к совокупности, вычеркиваем корень х = 4 и записываем ответ: х = 6. Это уже окончательный ответ к исходному логарифмическому уравнению. Все, задача решена.

Переходим ко второму логарифмическому уравнению:

[Подпись к рисунку]

Решаем его. Заметим, что первое слагаемое представляет собой дробь, а второе — ту же самую дробь, но перевернутую. Не пугайтесь выражения lgx — это просто десятичный логарифм, мы можем записать:

Поскольку перед нами две перевернутые дроби, предлагаю ввести новую переменную:

[Подпись к рисунку]

Следовательно, наше уравнение может быть переписано следующим образом:

Как видим, в числителе дроби стоит точный квадрат. Дробь равна нулю, когда ее числитель равен нулю, а знаменатель отличен от нуля:

Решаем первое уравнение:

Это значение удовлетворяет второму требованию. Следовательно, можно утверждать, что мы полностью решили наше уравнение, но только относительно переменной t . А теперь вспоминаем, что такое t :

[Подпись к рисунку]

Приводим это уравнение к канонической форме:

В итоге мы получили единственный корень, который, по идее, является решением исходного уравнения. Однако давайте все-таки подстрахуемся и выпишем область определения исходного уравнения:

[Подпись к рисунку]

Следовательно, наш корень удовлетворяет всем требованиям. Мы нашли решение исходного логарифмического уравнения. Ответ: x = 0,1. Задача решена.

Ключевой момент в сегодняшнем уроке один: при использовании формулы перехода от произведения к сумме и обратно обязательно учитывайте, что область определения может сужаться либо расширяться в зависимости от того, в какую сторону выполняется переход.

Как понять, что происходит: сужение или расширение? Очень просто. Если раньше функции были вместе, а теперь стали по отдельности, то произошло сужение области определения (потому что требований стало больше). Если же сначала функции стояли отдельно, а теперь — вместе, то происходит расширение области определения (на произведение накладывается меньше требований, чем на отдельные множители).

С учетом данного замечания хотел бы отметить, что второе логарифмическое уравнение вообще не требует данных преобразований, т. е. мы нигде не складываем и не перемножаем аргументы. Однако здесь я хотел бы обратить ваше внимание на другой замечательный прием, который позволяет существенно упростить решение. Речь идет о замене переменной.

Однако помните, что никакие замены не освобождает нас от области определения. Именно поэтому после того были найдены все корни, мы не поленились и вернулись к исходному уравнению, чтобы найти его ОДЗ.

Часто при замене переменной возникает обидная ошибка, когда ученики находят значение t и думают, что на этом решение закончено. Нет, ни в коем случае!

Когда вы нашли значение t , необходимо вернуться к исходному уравнению и посмотреть, что именно мы обозначали этой буквой. В результате нам предстоит решить еще одно уравнение, которое, впрочем, будет значительно проще исходного.

Именно в этом состоит смысл введения новой переменной. Мы разбиваем исходное уравнение на два промежуточных, каждое из которых решается существенно проще.

Как решать «вложенные» логарифмические уравнения

Сегодня мы продолжаем изучать логарифмические уравнения и разберем конструкции, когда один логарифм стоит под знаком другого логарифма. Оба уравнения мы будем решать с помощью канонической формы.

Сегодня мы продолжаем изучать логарифмические уравнения и разберем конструкции, когда один логарифм стоит под знаком другого. Оба уравнения мы будем решать с помощью канонической формы. Напомню, если у нас есть простейшее логарифмическое уравнение вида log a f (x ) = b , то для решения такого уравнения мы выполняем следующие шаги. В первую очередь, нам нужно заменить число b :

Заметьте: a b — это аргумент. Точно так же в исходном уравнении аргументом является функция f (x ). Затем мы переписываем уравнение и получаем вот такую конструкцию:

log a f (x ) = log a a b

Уже затем мы можем выполнить третий шаг — избавится от знака логарифма и просто записать:

В результате мы получим новое уравнение. При этом никаких ограничений на функцию f (x ) не накладывается. Например, на ее месте также может стоять логарифмическая функция. И тогда мы вновь получим логарифмическое уравнение, которое снова сведем к простейшему и решим через каноническую форму.

Впрочем, хватит лирики. Давайте решим настоящую задачу. Итак, задача № 1:

log 2 (1 + 3 log 2 x ) = 2

Как видим, перед нами простейшее логарифмическое уравнение. В роли f (x ) выступает конструкция 1 + 3 log 2 x , а в роли числа b выступает число 2 (в роли a также выступает двойка). Давайте перепишем эту двойку следующим образом:

Важно понимать, что первые две двойки пришли к нам из основания логарифма, т. е. если бы в исходном уравнении стояла 5, то мы бы получили, что 2 = log 5 5 2 . В общем, основание зависит исключительно от логарифма, который изначально дан в задаче. И в нашем случае это число 2.

Итак, переписываем наше логарифмическое уравнение с учетом того, что двойка, которая стоит справа, на самом деле тоже является логарифмом. Получим:

log 2 (1 + 3 log 2 x ) = log 2 4

Переходим к последнему шагу нашей схемы — избавляемся от канонической формы. Можно сказать, просто зачеркиваем знаки log. Однако с точки зрения математики «зачеркнуть log» невозможно — правильнее сказать, что мы просто просто приравниваем аргументы:

1 + 3 log 2 x = 4

Отсюда легко находится 3 log 2 x :

Мы вновь получили простейшее логарифмическое уравнение, давайте снова приведем его к канонической форме. Для этого нам необходимо провести следующие изменения:

1 = log 2 2 1 = log 2 2

Почему в основании именно двойка? Потому что в нашем каноническом уравнении слева стоит логарифм именно по основанию 2. Переписываем задачу с учетом этого факта:

log 2 x = log 2 2

Снова избавляемся от знака логарифма, т. е. просто приравниваем аргументы. Мы вправе это сделать, потому что основания одинаковые, и больше никаких дополнительных действий ни справа, ни слева не выполнялось:

Вот и все! Задача решена. Мы нашли решение логарифмического уравнения.

Обратите внимание! Хотя переменная х и стоит в аргументе (т. е. возникают требования к области определения), мы никаких дополнительных требований предъявлять не будем.

Как я уже говорил выше, данная проверка является избыточной, если переменная встречается лишь в одном аргументе лишь одного логарифма. В нашем случае х действительно стоит лишь в аргументе и лишь под одним знаком log. Следовательно, никаких дополнительных проверок выполнять не требуется.

Тем не менее, если вы не доверяете данному методу, то легко можете убедиться, что х = 2 действительно является корнем. Достаточно подставить это число в исходное уравнение.

Давайте перейдем ко второму уравнению, оно чуть интересней:

log 2 (log 1/2 (2x − 1) + log 2 4) = 1

Если обозначить выражение внутри большого логарифма функцией f (x ), получим простейшее логарифмическое уравнение, с которого мы начинали сегодняшний видеоурок. Следовательно, можно применить каноническую форму, для чего придется представить единицу в виде log 2 2 1 = log 2 2.

Переписываем наше большое уравнение:

log 2 (log 1/2 (2x − 1) + log 2 4) = log 2 2

Изваляемся от знака логарифма, приравнивая аргументы. Мы вправе это сделать, потому что и слева, и справа основания одинаковые. Кроме того, заметим, что log 2 4 = 2:

log 1/2 (2x − 1) + 2 = 2

log 1/2 (2x − 1) = 0

Перед нами снова простейшее логарифмическое уравнение вида log a f (x ) = b . Переходим к канонической форме, т. е. представляем ноль в виде log 1/2 (1/2)0 = log 1/2 1.

Переписываем наше уравнение и избавляемся от знака log, приравнивая аргументы:

log 1/2 (2x − 1) = log 1/2 1

Опять же мы сразу получили ответ. Никаких дополнительных проверок не требуется, потому что в исходном уравнении лишь один логарифм содержит функцию в аргументе.

Следовательно, никаких дополнительных проверок выполнять не требуется. Мы можем смело утверждать, что х = 1 является единственным корнем данного уравнения.

А вот если бы во втором логарифме вместо четверки стояла бы какая-то функция от х (либо 2х стояло бы не в аргументе, а в основании) — вот тогда потребовалось бы проверять область определения. Иначе велик шанс нарваться на лишние корни.

Откуда возникают такие лишние корни? Этот момент нужно очень четко понимать. Взгляните на исходные уравнения: везде функция х стоит под знаком логарифма. Следовательно, поскольку мы записали log 2 x , то автоматически выставляем требование х > 0. Иначе данная запись просто не имеет смысла.

Однако по мере решения логарифмического уравнения мы избавляемся от всех знаков log и получаем простенькие конструкции. Здесь уже никаких ограничений не выставляется, потому что линейная функция определена при любом значении х.

Именно эта проблема, когда итоговая функция определена везде и всегда, а исходная — отнюдь не везде и не всегда, и является причиной, по которой в решении логарифмических уравнениях очень часто возникают лишние корни.

Но повторю еще раз: такое происходить лишь в ситуации, когда функция стоит либо в нескольких логарифмах, либо в основании одного из них. В тех задачах, которые мы рассматриваем сегодня, проблем с расширением области определения в принципе не существует.

Случаи разного основания

Этот урок посвящен уже более сложным конструкциям. Логарифмы в сегодняшних уравнениях уже не будут решаться «напролом» — сначала потребуется выполнить некоторые преобразования.

Начинаем решение логарифмических уравнений с совершенно разными основаниями, которые не являются точными степенями друг друга. Пусть вас не пугают подобные задачи — решаются они ничуть не сложнее, чем самые простые конструкции, которые мы разбирали выше.

Но прежде, чем переходить непосредственно к задачам, напомню о формуле решения простейших логарифмических уравнений с помощью канонической формы. Рассмотрим задачу вот такого вида:

Важно, что функция f (x ) является именно функцией, а в роли чисел а и b должны выступать именно числа (без всяких переменных x ). Разумеется, буквально через минуту мы рассмотрим и такие случаи, когда вместо переменных а и b стоят функции, но сейчас не об этом.

Как мы помним, число b нужно заменить логарифмом по тому же самому основанию а, которое стоит слева. Это делается очень просто:

Разумеется, под словом «любое число b » и «любое число а» подразумеваются такие значения, которые удовлетворяют области определения. В частности, в данном уравнении речь идет лишь основание a > 0 и a ≠ 1.

Однако данное требование выполняется автоматически, потому что в исходной задаче уже присутствует логарифм по основанию а — оно заведомо будет больше 0 и не равно 1. Поэтому продолжаем решение логарифмического уравнения:

log a f (x ) = log a a b

Подобная запись называется канонической формой. Ее удобство состоит в том, что мы сразу можем избавиться от знака log, приравняв аргументы:

Именно этот прием мы сейчас будем использовать для решения логарифмических уравнений с переменным основанием. Итак, поехали!

log 2 (x 2 + 4x + 11) = log 0,5 0,125

Что дальше? Кто-то сейчас скажет, что нужно вычислить правый логарифм, либо свести их к одному основанию, либо что-то еще. И действительно, сейчас нужно привести оба основания к одному виду — либо 2, либо 0,5. Но давайте раз и навсегда усвоим следующее правило:

Если в логарифмическом уравнении присутствуют десятичные дроби, обязательно переведите эти дроби из десятичной записи в обычную. Такое преобразование может существенно упростить решение.

Подобный переход нужно выполнять сразу, еще до выполнения каких-либо действий и преобразований. Давайте посмотрим:

log 2 (x 2 + 4x + 11) = log 1 /2 1/8

Что нам дает такая запись? Мы можем 1/2 и 1/8 представить как степень с отрицательным показателем:

[Подпись к рисунку]

Перед нами каноническая форма. Приравниваем аргументы и получаем классическое квадратное уравнение:

Перед нами приведенное квадратное уравнение, которое легко решается с помощью формул Виета. Подобные выкладки в старших классах вы должны видеть буквально устно:

Вот и все! Исходное логарифмическое уравнение решено. Мы получили два корня.

Напомню, что определять область определения в данном случае не требуется, поскольку функция с переменной х присутствует лишь в одном аргументе. Поэтому область определения выполняется автоматически.

Итак, первое уравнение решено. Переходим ко второму:

log 0,5 (5x 2 + 9x + 2) = log 3 1/9

log 1/2 (5x 2 + 9x + 2) = log 3 9 −1

А теперь заметим, что аргумент первого логарифма тоже можно записать в виде степени с отрицательным показателем: 1/2 = 2 −1 . Затем можно вынести степени с обеих сторон уравнения и разделить все на −1:

[Подпись к рисунку]

И вот сейчас мы выполнили очень важный шаг в решении логарифмического уравнения. Возможно, кто-то что-то не заметил, поэтому давайте я поясню.

Взгляните на наше уравнение: и слева, и справа стоит знак log, но слева стоит логарифм по основанию 2, а справа стоит логарифм по основанию 3. Тройка не является целой степенью двойки и, наоборот: нельзя записать, что 2 — это 3 в целой степени.

Следовательно, это логарифмы с разными основаниями, которые не сводятся друг к другу простым вынесением степеней. Единственный путь решения таких задач — избавиться от одного из этих логарифмов. В данном случае, поскольку мы пока рассматриваем довольно простые задачи, логарифм справа просто сосчитался, и мы получили простейшее уравнение — именно такое, о котором мы говорили в самом начале сегодняшнего урока.

Давайте представим число 2, которое стоит справа в виде log 2 2 2 = log 2 4. А затем избавимся от знака логарифма, после чего у нас остается просто квадратное уравнение:

log 2 (5x 2 + 9x + 2) = log 2 4

Перед нами обычное квадратное уравнение, однако оно не является приведенным, потому что коэффициент при x 2 отличен от единицы. Следовательно, решать мы его будем с помощью дискриминанта:

D = 81 − 4 5 (−2) = 81 + 40 = 121

x 1 = (−9 + 11)/10 = 2/10 = 1/5

x 2 = (−9 − 11)/10 = −2

Вот и все! Мы нашли оба корня, а значит, получили решение исходного логарифмического уравнения. Ведь в исходной задачи функция с переменной х присутствует лишь в одном аргументе. Следовательно, никаких дополнительных проверок на область определения не требуется — оба корня, которые мы нашли, заведомо отвечают всем возможным ограничениям.

На этом можно было бы закончить сегодняшний видеоурок, но в заключении я хотел бы сказать еще раз: обязательно переводите все десятичные дроби в обычные при решении логарифмических уравнений. В большинстве случаев это существенно упрощает их решение.

Редко, очень редко попадаются задачи, в которых избавление от десятичных дробей лишь усложняет выкладки. Однако в таких уравнениях, как правило, изначально видно, что избавляться от десятичных дробей не надо.

В большинстве остальных случаев (особенно если вы только начинаете тренироваться в решении логарифмических уравнений) смело избавляйтесь от десятичных дробей и переводите их в обычные. Потому что практика показывает, что таким образом вы значительно упростите последующее решение и выкладки.

Тонкости и хитрости решения

Сегодня мы переходим к более сложным задачам и будем решать логарифмическое уравнение, в основании которого стоит не число, а функция.

И пусть даже эта функция линейна — в схему решения придется внести небольшие изменения, смысл которых сводится к дополнительным требованиям, накладываемым на область определения логарифма.

Сложные задачи

Этот урок будет довольно длинным. В нем мы разберем два довольно серьезных логарифмических уравнения, при решении которых многие ученики допускают ошибки. За свою практику работы репетитором по математике я постоянно сталкивался с двумя видами ошибок:

Возникновение лишних корней из-за расширения области определения логарифмов. Чтобы не допускать такие обидные ошибки, просто внимательно следите за каждым преобразованием;
Потери корней из-за того, что ученик забыл рассмотреть некоторые «тонкие» случаи — именно на таких ситуациях мы сегодня и сосредоточимся.

Это последний урок, посвященный логарифмическим уравнениям. Он будет длинным, мы разберем сложные логарифмические уравнения. Устраивайтесь поудобней, заварите себе чай, и мы начинаем.

Первое уравнение выглядит вполне стандартно:

log x + 1 (x − 0,5) = log x − 0,5 (x + 1)

Сразу заметим, что оба логарифма являются перевернутыми копиями друг друга. Вспоминаем замечательную формулу:

log a b = 1/log b a

Однако у этой формулы есть ряд ограничений, которые возникают в том случае, если вместо чисел а и b стоят функции от переменной х:

Эти требования накладываются на основание логарифма. С другой стороны, в дроби от нас требуется 1 ≠ a > 0, поскольку не только переменная a стоит в аргументе логарифма (следовательно, a > 0), но и сам логарифм находится в знаменателе дроби. Но log b 1 = 0, а знаменатель должен быть отличным от нуля, поэтому a ≠ 1.

Итак, ограничения на переменную a сохраняется. Но что происходит с переменной b ? С одной стороны, из основания следует b > 0, с другой — переменная b ≠ 1, потому что основание логарифма должно быть отлично от 1. Итого из правой части формулы следует, что 1 ≠ b > 0.

Но вот беда: второе требование (b ≠ 1) отсутствует в первом неравенстве, посвященном левому логарифму. Другими словами, при выполнении данного преобразования мы должны отдельно проверить , что аргумент b отличен от единицы!

Вот давайте и проверим. Применим нашу формулу:

[Подпись к рисунку]

1 ≠ х − 0,5 > 0; 1 ≠ х + 1 > 0

Вот мы и получили, что уже из исходного логарифмического уравнения следует, что и а, и b должны быть больше 0 и не равны 1. Значит, мы спокойно можем переворачивать логарифмическое уравнение:

Предлагаю ввести новую переменную:

log x + 1 (x − 0,5) = t

В этом случае наша конструкция перепишется следующим образом:

Заметим, что в числителе у нас стоит разность квадратов. Раскрываем разность квадратов по формуле сокращенного умножения:

Дробь равна нулю, когда ее числитель равен нулю, а знаменатель отличен от нуля. Но в числителе стоит произведение, поэтому приравниваем к нулю каждый множитель:

Как видим, оба значения переменной t нас устраивают. Однако на этом решение не заканчивается, ведь нам требуется найти не t , а значение x . Возвращаемся к логарифму и получаем:

log x + 1 (x − 0,5) = 1;

log x + 1 (x − 0,5) = −1.

Давайте приведем каждое из этих уравнений к канонической форме:

log x + 1 (x − 0,5) = log x + 1 (x + 1) 1

log x + 1 (x − 0,5) = log x + 1 (x + 1) −1

Избавляемся от знака логарифма в первом случае и приравниваем аргументы:

Такое уравнение не имеет корней, следовательно, первое логарифмическое уравнение также не имеет корней. А вот со вторым уравнением все намного интересней:

Решаем пропорцию — получим:

Напоминаю, что при решении логарифмических уравнений гораздо удобней приводить все десятичные дроби обычные, поэтому давайте перепишем наше уравнение следующим образом:

x 2 + x − 1/2x − 1/2 − 1 = 0;

x 2 + 1/2x − 3/2 = 0.

Перед нами приведенное квадратное уравнение, оно легко решается по формулам Виета:

Получили два корня — они являются кандидатами на решение исходного логарифмического уравнения. Для того чтобы понять, какие корни действительно пойдут в ответ, давайте вернемся к исходной задаче. Сейчас мы проверим каждый из наших корней на предмет соответствия области определения:

1,5 ≠ х > 0,5; 0 ≠ х > −1.

Эти требования равносильны двойному неравенству:

Отсюда сразу видим, что корень х = −1,5 нас не устраивает, а вот х = 1 вполне устраивает. Поэтому х = 1 — окончательное решение логарифмического уравнения.

Переходим ко второй задаче:

log x 25 + log 125 x 5 = log 25 x 625

На первый взгляд может показаться, что у всех логарифмов разные основания и разные аргументы. Что делать с такими конструкциями? В первую очередь заметим, что числа 25, 5 и 625 — это степени 5:

25 = 5 2 ; 625 = 5 4

А теперь воспользуемся замечательным свойством логарифма. Дело в том, что можно выносить степени из аргумента в виде множителей:

log a b n = n ∙ log a b

На данное преобразование также накладываются ограничения в том случае, когда на месте b стоит функция. Но у нас b — это просто число, и никаких дополнительных ограничений не возникает. Перепишем наше уравнение:

2 ∙ log x 5 + log 125 x 5 = 4 ∙ log 25 x 5

Получили уравнение с тремя слагаемыми, содержащими знак log. Причем аргументы всех трех логарифмов равны.

Самое время перевернуть логарифмы, чтобы привести их к одному основанию — 5. Поскольку в роли переменной b выступает константа, никаких изменений области определения не возникает. Просто переписываем:

[Подпись к рисунку]

Как и предполагалось, в знаменателе «вылезли» одни и те же логарифмы. Предлагаю выполнить замену переменной:

В этом случае наше уравнение будет переписано следующим образом:

Выпишем числитель и раскроем скобки:

2 (t + 3) (t + 2) + t (t + 2) − 4t (t + 3) = 2 (t 2 + 5t + 6) + t 2 + 2t − 4t 2 − 12t = 2t 2 + 10t + 12 + t 2 + 2t − 4t 2 − 12t = −t 2 + 12

Возвращаемся к нашей дроби. Числитель должен быть равен нулю:

[Подпись к рисунку]

А знаменатель — отличен от нуля:

Последние требования выполняются автоматически, поскольку все они «завязаны» на целые числа, а все ответы — иррациональные.

Итак, дробно-рациональное уравнение решено, значения переменной t найдены. Возвращаемся к решению логарифмического уравнения и вспоминаем, что такое t :

[Подпись к рисунку]

Приводим это уравнение к канонической форме, получим число с иррациональной степенью. Пусть это вас не смущает — даже такие аргументы можно приравнять:

[Подпись к рисунку]

У нас получилось два корня. Точнее, два кандидата в ответы — проверим их на соответствие области определения. Поскольку в основании логарифма стоит переменная х, потребуем следующее:

С тем же успехом утверждаем, что х ≠ 1/125, иначе основание второго логарифма обратится в единицу. Наконец, х ≠ 1/25 для третьего логарифма.

Итого мы получили четыре ограничения:

1 ≠ х > 0; х ≠ 1/125; х ≠ 1/25

А теперь вопрос: удовлетворяют ли наши корни указанным требованиям? Конечно удовлетворяют! Потому что 5 в любой степени будет больше нуля, и требование х > 0 выполняется автоматически.

С другой стороны, 1 = 5 0 , 1/25 = 5 −2 , 1/125 = 5 −3 , а это значит, что данные ограничения для наших корней (у которых, напомню, в показателе стоит иррациональное число) также выполнены, и оба ответа являются решениями задачи.

Итак, мы получили окончательный ответ. Ключевых моментов в данной задаче два:

Будьте внимательны при перевороте логарифма, когда аргумент и основание меняются местами. Подобные преобразования накладывают лишние ограничения на область определения.
Не бойтесь преобразовывать логарифмы: их можно не только переворачивать, но и раскрывать по формуле суммы и вообще менять по любым формулам, которые вы изучали при решении логарифмических выражений. Однако при этом всегда помните: некоторые преобразования расширяют область определения, а некоторые — сужают.

logax + logay = loga (x · y);
logax − logay = loga (x: y).

Теперь немного усложним задачу.

Примеры решения логарифмов

Что, если в основании или аргументе логарифма стоит степень? Тогда показатель этой степени можно вынести за знак логарифма по следующим правилам:

Разумеется, все эти правила имеют смысл при соблюдении ОДЗ логарифма: a > 0, a ≠ 1, x >

Задача. Найдите значение выражения:

Переход к новому основанию

Пусть дан логарифм logax. Тогда для любого числа c такого, что c > 0 и c ≠ 1, верно равенство:

Задача. Найдите значение выражения:

Основные свойства логарифма

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

Экспонента равна 2,718281828…. Чтобы запомнить экспоненту можете изучить правило: экспонента равна 2,7 и два раза год рождения Льва Николаевича Толстого.

Основные свойства логарифмов

Зная это правило будете знать и точное значение экспоненты, и дату рождения Льва Толстого.

Примеры на логарифмы

Прологарифмировать выражения

Пример 1.
а). х=10ас^2 (а>0,с>0).

По свойствам 3,5 вычисляем

4. где .

Пример 2. Найти х, если

Пример 3. Пусть задано значение логарифмов

Вычислить log(x), если

Основные свойства логарифмов

Логарифмы, как и любые числа, можно складывать, вычитать и всячески преобразовывать. Но поскольку логарифмы — это не совсем обычные числа, здесь есть свои правила, которые называются основными свойствами .

Эти правила обязательно надо знать — без них не решается ни одна серьезная логарифмическая задача. К тому же, их совсем немного — все можно выучить за один день. Итак, приступим.

Сложение и вычитание логарифмов

Рассмотрим два логарифма с одинаковыми основаниями: logax и logay. Тогда их можно складывать и вычитать, причем:

logax + logay = loga (x · y);
logax − logay = loga (x: y).

Итак, сумма логарифмов равна логарифму произведения, а разность — логарифму частного. Обратите внимание: ключевой момент здесь — одинаковые основания . Если основания разные, эти правила не работают!

Эти формулы помогут вычислить логарифмическое выражение даже тогда, когда отдельные его части не считаются (см. урок «Что такое логарифм»). Взгляните на примеры — и убедитесь:

Поскольку основания у логарифмов одинаковые, используем формулу суммы:
log6 4 + log6 9 = log6 (4 · 9) = log6 36 = 2.

Задача. Найдите значение выражения: log2 48 − log2 3.

Основания одинаковые, используем формулу разности:
log2 48 − log2 3 = log2 (48: 3) = log2 16 = 4.

Задача. Найдите значение выражения: log3 135 − log3 5.

Снова основания одинаковые, поэтому имеем:
log3 135 − log3 5 = log3 (135: 5) = log3 27 = 3.

Как видите, исходные выражения составлены из «плохих» логарифмов, которые отдельно не считаются. Но после преобразований получаются вполне нормальные числа. На этом факте построены многие контрольные работы. Да что контрольные — подобные выражения на полном серьезе (иногда — практически без изменений) предлагаются на ЕГЭ.

Вынесение показателя степени из логарифма

Несложно заметить, что последнее правило следует их первых двух. Но лучше его все-таки помнить — в некоторых случаях это значительно сократит объем вычислений.

Разумеется, все эти правила имеют смысл при соблюдении ОДЗ логарифма: a > 0, a ≠ 1, x > 0. И еще: учитесь применять все формулы не только слева направо, но и наоборот, т.е. можно вносить числа, стоящие перед знаком логарифма, в сам логарифм. Именно это чаще всего и требуется.

Задача. Найдите значение выражения: log7 496.

Избавимся от степени в аргументе по первой формуле:
log7 496 = 6 · log7 49 = 6 · 2 = 12

Задача. Найдите значение выражения:

Заметим, что в знаменателе стоит логарифм, основание и аргумент которого являются точными степенями: 16 = 24; 49 = 72. Имеем:

Думаю, к последнему примеру требуются пояснения. Куда исчезли логарифмы? До самого последнего момента мы работаем только со знаменателем.

Формулы логарифмов. Логарифмы примеры решения.

Представили основание и аргумент стоящего там логарифма в виде степеней и вынесли показатели — получили «трехэтажную» дробь.

Теперь посмотрим на основную дробь. В числителе и знаменателе стоит одно и то же число: log2 7. Поскольку log2 7 ≠ 0, можем сократить дробь — в знаменателе останется 2/4. По правилам арифметики, четверку можно перенести в числитель, что и было сделано. В результате получился ответ: 2.

Переход к новому основанию

Говоря о правилах сложения и вычитания логарифмов, я специально подчеркивал, что они работают только при одинаковых основаниях. А что, если основания разные? Что, если они не являются точными степенями одного и того же числа?

На помощь приходят формулы перехода к новому основанию. Сформулируем их в виде теоремы:

Пусть дан логарифм logax. Тогда для любого числа c такого, что c > 0 и c ≠ 1, верно равенство:

В частности, если положить c = x, получим:

Из второй формулы следует, что можно менять местами основание и аргумент логарифма, но при этом все выражение «переворачивается», т.е. логарифм оказывается в знаменателе.

Эти формулы редко встречается в обычных числовых выражениях. Оценить, насколько они удобны, можно только при решении логарифмических уравнений и неравенств.

Впрочем, существуют задачи, которые вообще не решаются иначе как переходом к новому основанию. Рассмотрим парочку таких:

Задача. Найдите значение выражения: log5 16 · log2 25.

Заметим, что в аргументах обоих логарифмов стоят точные степени. Вынесем показатели: log5 16 = log5 24 = 4log5 2; log2 25 = log2 52 = 2log2 5;

А теперь «перевернем» второй логарифм:

Поскольку от перестановки множителей произведение не меняется, мы спокойно перемножили четверку и двойку, а затем разобрались с логарифмами.

Задача. Найдите значение выражения: log9 100 · lg 3.

Основание и аргумент первого логарифма — точные степени. Запишем это и избавимся от показателей:

Теперь избавимся от десятичного логарифма, перейдя к новому основанию:

Основное логарифмическое тождество

Часто в процессе решения требуется представить число как логарифм по заданному основанию. В этом случае нам помогут формулы:

В первом случае число n становится показателем степени, стоящей в аргументе. Число n может быть абсолютно любым, ведь это просто значение логарифма.

Вторая формула — это фактически перефразированное определение. Она так и называется: .

В самом деле, что будет, если число b возвести в такую степень, что число b в этой степени дает число a? Правильно: получится это самое число a. Внимательно прочитайте этот абзац еще раз — многие на нем «зависают».

Подобно формулам перехода к новому основанию, основное логарифмическое тождество иногда бывает единственно возможным решением.

Задача. Найдите значение выражения:

Заметим, что log25 64 = log5 8 — просто вынесли квадрат из основания и аргумента логарифма. Учитывая правила умножения степеней с одинаковым основанием, получаем:

Если кто-то не в курсе, это была настоящая задача из ЕГЭ 🙂

Логарифмическая единица и логарифмический ноль

В заключение приведу два тождества, которые сложно назвать свойствами — скорее, это следствия из определения логарифма. Они постоянно встречаются в задачах и, что удивительно, создают проблемы даже для «продвинутых» учеников.

logaa = 1 — это. Запомните раз и навсегда: логарифм по любому основанию a от самого этого основания равен единице.
loga 1 = 0 — это. Основание a может быть каким угодно, но если в аргументе стоит единица — логарифм равен нулю! Потому что a0 = 1 — это прямое следствие из определения.

Вот и все свойства. Обязательно потренируйтесь применять их на практике! Скачайте шпаргалку в начале урока, распечатайте ее — и решайте задачи.

Логарифмом числа b по основанию a обозначают выражение . Вычислить логарифм значит найти такой степень x (),при котором выполняется равенство

Основные свойства логарифма

Приведенные свойства необходимо знать, поскольку, на их основе решаются практически все задачи и примеры связаны с логарифмами. Остальные экзотических свойств можно вывести путем математических манипуляций с данными формулами

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

При вычислениях формулы суммы и разности логарифмов (3,4) встречаются довольно часто. Остальные несколько сложные, но в ряде задач являются незаменимыми для упрощения сложных выражений и вычисления их значений.

Распространены случаи логарифмов

Одними из распространенных логарифмов такие в которых основание ровное десять, экспоненте или двойке.
Логарифм по основанию десять принято называть десятичным логарифмом и упрощенно обозначать lg(x).

Из записи видно, что основы в записи не пишут. Для примера

Натуральный логарифм – это логарифм у которого за основу экспонента (обозначают ln(x)).

Экспонента равна 2,718281828…. Чтобы запомнить экспоненту можете изучить правило: экспонента равна 2,7 и два раза год рождения Льва Николаевича Толстого. Зная это правило будете знать и точное значение экспоненты, и дату рождения Льва Толстого.

И еще один важный логарифм по основанию два обозначают

Производная от логарифм функции равна единице разделенной на переменную

Интеграл или первообразная логарифма определяется зависимостью

Приведенного материала Вам достаточно, чтобы решать широкий класс задач связанных с логарифмами и логарифмирования. Для усвоения материала приведу лишь несколько распространенных примеров из школьной программы и ВУЗов.

Примеры на логарифмы

Прологарифмировать выражения

Пример 1.
а). х=10ас^2 (а>0,с>0).

По свойствам 3,5 вычисляем

2.
По свойству разницы логарифмов имеем

3.
Используя свойства 3,5 находим

4. где .

На вид сложное выражение с использованием ряда правил упрощается к виду

Нахождение значений логарифмов

Пример 2. Найти х, если

Решение. Для вычисления применим до последнего слагаемого 5 и 13 свойства

Подставляем в запись и скорбим

Поскольку основания равные, то приравниваем выражения

Логарифмы. Начальный уровень.

Пусть задано значение логарифмов

Вычислить log(x), если

Решение: Прологарифмируем переменную, чтобы расписать логарифм через сумму слагаемых

На этом знакомство с логарифмами и их свойствами только начинается. Упражняйтесь в вычислениях, обогащайте практические навыки — полученные знания Вам скоро понадобятся для решения логарифмических уравнений. Изучив основные методы решения таких уравнений мы расширим Ваши знания для другой не менее важной теме — логарифмические неравенства …

Основные свойства логарифмов

Сложение и вычитание логарифмов

Рассмотрим два логарифма с одинаковыми основаниями: logax и logay. Тогда их можно складывать и вычитать, причем:

logax + logay = loga (x · y);
logax − logay = loga (x: y).

Задача. Найдите значение выражения: log6 4 + log6 9.

Поскольку основания у логарифмов одинаковые, используем формулу суммы:
log6 4 + log6 9 = log6 (4 · 9) = log6 36 = 2.

Задача. Найдите значение выражения: log2 48 − log2 3.

Основания одинаковые, используем формулу разности:
log2 48 − log2 3 = log2 (48: 3) = log2 16 = 4.

Задача. Найдите значение выражения: log3 135 − log3 5.

Снова основания одинаковые, поэтому имеем:
log3 135 − log3 5 = log3 (135: 5) = log3 27 = 3.

Вынесение показателя степени из логарифма

Теперь немного усложним задачу. Что, если в основании или аргументе логарифма стоит степень? Тогда показатель этой степени можно вынести за знак логарифма по следующим правилам:

Как решать логарифмы

Именно это чаще всего и требуется.

Задача. Найдите значение выражения: log7 496.

Избавимся от степени в аргументе по первой формуле:
log7 496 = 6 · log7 49 = 6 · 2 = 12

Задача. Найдите значение выражения:

Думаю, к последнему примеру требуются пояснения. Куда исчезли логарифмы? До самого последнего момента мы работаем только со знаменателем. Представили основание и аргумент стоящего там логарифма в виде степеней и вынесли показатели — получили «трехэтажную» дробь.

Переход к новому основанию

На помощь приходят формулы перехода к новому основанию. Сформулируем их в виде теоремы:

Пусть дан логарифм logax. Тогда для любого числа c такого, что c > 0 и c ≠ 1, верно равенство:

В частности, если положить c = x, получим:

Задача. Найдите значение выражения: log5 16 · log2 25.

А теперь «перевернем» второй логарифм:

Задача. Найдите значение выражения: log9 100 · lg 3.

Основание и аргумент первого логарифма — точные степени. Запишем это и избавимся от показателей:

Теперь избавимся от десятичного логарифма, перейдя к новому основанию:

Основное логарифмическое тождество

Вторая формула — это фактически перефразированное определение. Она так и называется: .

Задача. Найдите значение выражения:

Если кто-то не в курсе, это была настоящая задача из ЕГЭ 🙂

Логарифмическая единица и логарифмический ноль

logaa = 1 — это. Запомните раз и навсегда: логарифм по любому основанию a от самого этого основания равен единице.
loga 1 = 0 — это. Основание a может быть каким угодно, но если в аргументе стоит единица — логарифм равен нулю! Потому что a0 = 1 — это прямое следствие из определения.

Примеры решения дифференциальных уравнений с ответами

Простое объяснение принципов решения дифференциальных уравнений и 10 наглядных примеров. В каждом примере поэтапный ход решения и ответ.

Алгоритм решения дифференциальных уравнений

Дифференциальные уравнения не так сильно отличаются от привычных уравнений, где необходимо найти переменную x , как кажется на первый взгляд. Всё различие лишь в том, что в дифференциальных уравнениях мы ищем не переменную, а функцию у(х) , с помощью которой можно обратить уравнение в равенство.

Дифференциальное уравнение – это уравнение, содержащее саму функцию (y=y(x)), производные функции или дифференциалы (y′, y″) и независимые переменные (наиболее распространённая – х). Обыкновенным дифференциальным уравнением называют уравнение, в котором содержится неизвестная функция под знаком производной или под знаком дифференциала.

Чтобы решить ДУ, необходимо найти множество всех функций, которые удовлетворяют данному уравнению. Это множество в большинстве случаев выглядит следующим образом:y=f(x; С), где С – произвольная постоянная.

Проверить решённое ДУ можно, подставив найденную функцию в изначальное уравнение и убедившись, что уравнение обращается в тождество (равенство).

Примеры решения дифференциальных уравнений

Задание

Решить дифференциальное уравнение xy’=y.

Решение

В первую очередь, необходимо переписать уравнение в другой вид. Пользуясь

переписываем дифференциальное уравнение, получаем

Дальше смотрим, насколько реально разделить переменные, то есть путем обычных манипуляций (перенос слагаемых из части в часть, вынесение за скобки и пр.) получить выражение, где «иксы» с одной стороны, а «игреки» с другой. В данном уравнении разделить переменные вполне реально, и после переноса множителей по правилу пропорции получаем

Далее интегрируем полученное уравнение:

В данном случае интегралы берём из таблицы:

После того, как взяты интегралы, дифференциальное уравнение считается решённым. Решение дифференциального уравнения в неявном виде называется общим интегралом дифференциального уравнения.

– это общий интеграл. Также для удобства и красоты, его можно переписать в другом виде: y=Cx, где С=Const

Ответ

Задание

Найти частное решение дифференциального уравнения

Решение

Действуем по тому же алгоритму, что и в предыдущем решении.

Переписываем производную в нужном виде, разделяем переменные и интегрируем полученное уравнение:

Получили общий интеграл.Далее, воспользуемся свойством степеней, выразим у в «общем» виде и перепишем функцию:

Если – это константа, то

0\]» title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />

– тоже некоторая константа, заменим её буквой С:

– убираем модуль и теперь константа может принимать и положительные, и отрицательные значения.

Получаем общее решение:

Ответ

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Решение

В первую очередь необходимо переписать производную в необходимом виде:

Второй шаг – разделение переменных и перенос со сменой знака второго слагаемого в правую часть:

После разделения переменных, интегрируем уравнение, как в примерах выше.

Чтобы решить интегралы из левой части, применим метод подведения функции под знак дифференциала:

В ответе мы получили одни логарифмы и константу, их тоже определяем под логарифм.

Далее упрощаем общий интеграл:

Приводим полученный общий интеграл к виду: F(x,y)=C:

Чтобы ответ смотрелся красивее, обе части необходимо возвести в квадрат.

Ответ

Задание

Найти частное решение дифференциального уравнения

удовлетворяющее начальному условию y(0)=ln2.

Решение

Первый шаг – нахождение общего решения. То, что в исходном уравнении уже находятся готовые дифференциалы dy и dx значительно упрощает нам решение.

Начинаем разделять переменные и интегрировать уравнение:

Мы получили общий интеграл и следующий шаг – выразить общее решение. Для этого необходимо прологарифмировать обе части. Знак модуля не ставим, т.к. обе части уравнения положительные.

Получаем общее решение:

Далее необходимо найти частное решение, которое соответствует заданному начальному условию y(0)=ln2.

В общее решение вместо «икса» подставляем ноль, а вместо «игрека» логарифм двух:

Подставляем найденное значение константы C=1 в общее решение.

Ответ

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Решение

При внимательном разборе данного уравнения видно, что можно разделить переменные, что и делаем, после интегрируем:

В данном случае константу C считается не обязательным определять под логарифм.

Ответ

Задание

Найти частное решение дифференциального уравнения

удовлетворяющее начальному условию y(1)=e. Выполнить проверку.

Решение

Как и в предыдущих примерах первым шагом будет нахождение общего решения. Для этого начинаем разделять переменные:

Общий интеграл получен, осталось упростить его. Упаковываем логарифмы и избавляемся от них:

можно выразить функцию в явном виде.

Осталось найти частное решение, удовлетворяющее начальному условию y(1)=e.

Подставляем найденное значение константы C=1 в общее решение.

Ответ

Проверка

Необходимо проверить, выполняется ли начальное условие:

Из равенства выше видно, что начальное условие y(1)=e выполнено.

Далее проводим следующую проверку: удовлетворяет ли вообще частное решение

дифференциальному уравнению. Для этого находим производную:

Подставим полученное частное решение

и найденную производную в исходное уравнение

Получено верное равенство, значит, решение найдено правильно.

Задание

Найти общий интеграл уравнения

Решение

Данное уравнение допускает разделение переменных. Разделяем переменные и интегрируем:

Ответ

Задание

Найти частное решение ДУ.

Решение

Данное ДУ допускает разделение переменных. Разделяем переменные:

Найдем частное решение (частный интеграл), соответствующий заданному начальному условию

Подставляем в общее решение

Ответ

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Решение

Данное уравнение допускает разделение переменных. Разделяем переменные и интегрируем:

Левую часть интегрируем по частям:

В интеграле правой части проведем замену:

(здесь дробь раскладывается методом неопределенных коэффициентов)

Ответ

Задание

Решить дифференциальное уравнение

Решение

Данное уравнение допускает разделение переменных.

Разделяем переменные и интегрируем:

Методом неопределенных коэффициентов разложим подынтегральную функцию в сумму элементарных дробей:

источники:

http://eatmo.ru/kak-ubrat-logarifm-iz-uravneniya-logarifmicheskie-uravneniya-kak.html

http://nauchniestati.ru/spravka/primery-resheniya-differenczialnyh-uravnenij-s-otvetami/