кРепетито · методичка · 10–11 класс · ЕГЭ
Логарифмы
Определение логарифма, свойства, переход к новому основанию, логарифмические уравнения и неравенства с ОДЗ.
Логарифм отвечает на вопрос: в какую степень нужно возвести основание, чтобы получить число. Логарифмы встречаются в ЕГЭ в вычислениях, в простейших уравнениях и в неравенствах второй части, и почти всегда ошибаются не в свойствах, а в области допустимых значений.
Определение
$\log_a b = c \iff a^c = b$, где $a \gt 0$, $a \ne 1$, $b \gt 0$.
Например, $\log_2 32 = 5$, потому что $2^5 = 32$; $\log_3 \frac{1}{9} = -2$; $\log_5 1 = 0$.
Особые обозначения: $\lg b = \log_{10} b$, $\ln b = \log_e b$. Основное логарифмическое тождество: $a^{\log_a b} = b$.
Свойства
Свойства логарифмов ($a, b, c \gt 0$, $a \ne 1$)
| Свойство | Формула |
|---|---|
| логарифм произведения | $\log_a(bc) = \log_a b + \log_a c$ |
| логарифм частного | $\log_a \frac{b}{c} = \log_a b - \log_a c$ |
| степень числа | $\log_a b^k = k\log_a b$ |
| степень основания | $\log_{a^k} b = \frac{1}{k}\log_a b$ |
| новое основание | $\log_a b = \dfrac{\log_c b}{\log_c a}$ |
| перестановка | $\log_a b = \dfrac{1}{\log_b a}$ |
| тождество | $a^{\log_a b} = b$, $\ \log_a a = 1$, $\ \log_a 1 = 0$ |
Пример 1.
Вычислите $\log_6 4 + \log_6 9$.
Решение. $\log_6 36 = 2$.
Ответ: 2.
Пример 2.
Вычислите $\dfrac{\log_3 64}{\log_3 4}$.
Решение. По формуле перехода это $\log_4 64 = 3$.
Ответ: 3.
Пример 3.
Вычислите $5^{2 + \log_5 3}$.
Решение. $5^2 \cdot 5^{\log_5 3} = 25 \cdot 3 = 75$.
Ответ: 75.
Пример 4.
Вычислите $\log_{\sqrt{2}} 8$.
Решение. $\sqrt{2} = 2^{\frac{1}{2}}$, $8 = 2^3$: $\log_{2^{1/2}} 2^3 = \frac{3}{1/2} = 6$. Проверка: $(\sqrt{2})^6 = 8$.
Ответ: 6.
Логарифмические уравнения
- Запишите ОДЗ: аргументы положительны, основание положительно и не равно 1.
- Приведите уравнение к виду $\log_a f(x) = \log_a g(x)$ или $\log_a f(x) = c$.
- Уберите логарифмы: $f(x) = g(x)$ или $f(x) = a^c$.
- Проверьте корни по ОДЗ.
Пример 5.
Решите уравнение $\log_2(x - 3) + \log_2(x - 2) = 1$.
Решение. ОДЗ: $x \gt 3$. $\log_2((x - 3)(x - 2)) = 1$, $(x - 3)(x - 2) = 2$, $x^2 - 5x + 4 = 0$, $x = 1$ или $x = 4$. В ОДЗ только $x = 4$.
Ответ: 4.
Пример 6 (замена).
Решите уравнение $\log_3^2 x - 3\log_3 x + 2 = 0$.
Решение. ОДЗ $x \gt 0$. Пусть $t = \log_3 x$: $t^2 - 3t + 2 = 0$, $t = 1$ или $t = 2$. Тогда $x = 3$ или $x = 9$.
Ответ: 3; 9.
Логарифмические неравенства
Если $a \gt 1$, функция $\log_a x$ возрастает: $\log_a f \gt \log_a g \iff f \gt g \gt 0$.
Если $0 \lt a \lt 1$, функция убывает и знак меняется: $\log_a f \gt \log_a g \iff 0 \lt f \lt g$.
Пример 7.
Решите неравенство $\log_{0{,}5}(2x - 1) \ge -2$.
Решение. $-2 = \log_{0{,}5} 4$. Основание меньше 1, знак меняется: $0 \lt 2x - 1 \le 4$, то есть $\frac{1}{2} \lt x \le \frac{5}{2}$.
Ответ: $(0{,}5;\ 2{,}5]$.
Ещё разборы
Пример 8 (переменное основание).
Решите уравнение $\log_x 16 = 2$.
Решение. ОДЗ: $x \gt 0$, $x \ne 1$. $x^2 = 16$, $x = \pm 4$. Подходит только $x = 4$.
Ответ: 4.
Пример 9 (сравнение логарифмов).
Что больше: $\log_2 3$ или $\log_3 2$?
Решение. $\log_2 3 \gt \log_2 2 = 1$, а $\log_3 2 \lt \log_3 3 = 1$. Значит, $\log_2 3 \gt \log_3 2$.
Ответ: $\log_2 3$.
Пример 10 (прикладная задача, ЕГЭ №9).
Громкость звука в децибелах $L = 10 \lg \frac{I}{I_0}$. Во сколько раз интенсивность звука 80 дБ больше, чем звука 50 дБ?
Решение. $80 - 50 = 10 \lg \frac{I_1}{I_2}$, $\lg \frac{I_1}{I_2} = 3$, $\frac{I_1}{I_2} = 10^3 = 1000$.
Ответ: в 1000 раз.
Коротко о главном
- $\log_a b = c \iff a^c = b$; основание $a \gt 0$, $a \ne 1$, аргумент $b \gt 0$.
- Сумма логарифмов — логарифм произведения, разность — частного, коэффициент — степень аргумента.
- Переход к новому основанию: $\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}$.
- В уравнениях и неравенствах сначала ОДЗ; при основании меньше 1 знак неравенства меняется.
Частый вопрос
Зачем вообще нужны логарифмы? Они превращают умножение в сложение и степени в множители. Поэтому ими описывают величины, которые меняются «в разы»: громкость в децибелах, кислотность (pH), магнитуду землетрясений. В задачах ЕГЭ №9 такие формулы встречаются регулярно.
- $\log_a(b + c) = \log_a b + \log_a c$ — такого свойства нет.
- Не проверять ОДЗ: после потенцирования появляются посторонние корни.
- Не менять знак неравенства при основании от 0 до 1.
- $\log_a b^2 = 2\log_a b$ при $b \lt 0$ неверно; правильно $2\log_a|b|$.
Задачи для самопроверки
- Вычислите $\log_4 128$.
Ответ
$\frac{7}{2} = 3{,}5$.
- Вычислите $\lg 25 + \lg 4$.
Ответ
2.
- Вычислите $\log_2 \log_3 81$.
Ответ
$\log_2 4 = 2$.
- Вычислите $9^{\log_3 5}$.
Ответ
$3^{2\log_3 5} = 25$.
- Решите уравнение $\log_5(3x + 1) = 2$.
Ответ
$3x + 1 = 25$, $x = 8$.
- Решите уравнение $\log_3(x + 1) = \log_3(2x - 5)$.
Ответ
$x = 6$ (проверка ОДЗ: $7 \gt 0$, $7 \gt 0$).
- Решите неравенство $\log_2(x - 1) \lt 3$.
Ответ
$0 \lt x - 1 \lt 8$: $(1;\ 9)$.
Задачи по теме на сайте
- Математика 10 класс → №3 · Логарифмы → Вычисление логарифмов — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-3/matematika-10-klass-razdel-3-vychislenie-logarifmov/
- Математика 10 класс → №3 · Логарифмы → Свойства логарифмов — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-3/matematika-10-klass-razdel-3-svoystva-logarifmov/
- Математика 10 класс → №5 · Логарифмические уравнения → Простейшие логарифмические уравнения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-5/matematika-10-klass-razdel-5-prosteyshie-logarifmicheskie-uravneniya/
- Математика (профиль) → №6 · Уравнения → Логарифмические и иррациональные — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-6/logarifmicheskie-i-irratsionalnye/
- Математика (профиль) → №6 · Уравнения → Иррациональные, показательные и логарифмические уравнения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-6/zadanie-6-irratsionalnye-pokazatelnye-i-logarifmicheskie-uravneniya/
- Математика (профиль) → №7 · Вычисления и преобразования → Логарифмы — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-7/logarifmy/
- Математика (профиль) → №7 · Вычисления и преобразования → Тригонометрические и логарифмические выражения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-7/zadanie-7-trigonometricheskie-i-logarifmicheskie-vyrazheniya/
- ЕГЭ база → №16 · Преобразования выражений → Степени, корни, логарифмы — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/ege-baza/ege-baza-zadanie-16/ege-baza-zadanie-16-stepeni-korni-logarifmy/
- Математика 10 класс → №3 · Логарифмы — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-3/
- Математика 10 класс → №5 · Логарифмические уравнения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-5/
- Математика 10 класс → №6 · Показательные и логарифмические неравенства — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika-10-klass/matematika-10-klass-razdel-6/
- Математика (профиль) → №6 · Уравнения — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-6/
- Математика (профиль) → №7 · Вычисления и преобразования — https://tishina.tikhonovdev.ru/bank/matematika/zadanie-7/