← Назад

Логарифмы: определение, свойства и вычисления

Порешать задания по теме: Вычисления и преобразования

Определение логарифма и условия существования

По определению


\(\boxed{\log_a b=c \iff a^c=b}.\)

 

Логарифм \(\log_a b\) существует, если


\(\boxed{a>0,\ a\neq1,\ b>0}\).

 

То есть аргумент логарифма должен быть строго положительным, а основание — положительным и не равным единице.

 

 

Примеры:


\(\log_3 9=2,\) \(\log_5 5=1,\) \(\log_9 1=0,\)
\(\log_{\dfrac15}\dfrac1{25}=2,\) \(\log_{\dfrac14}16=-2,\) \(\log_9 3=\dfrac12,\) \(\log_2\dfrac18=-3.\)

 

Десятичный логарифм: \(\lg x=\log_{10}x.\)

 

Натуральный логарифм: \(\ln x=\log_e x.\)

 

Например, \(\lg100=2,\) \(\lg0{,}01=-2,\) \(\ln e^4=4.\)

 

 

Основное логарифмическое тождество

Из определения логарифма сразу следует


\(\boxed{a^{\log_a b}=b}.\)

 

Например, \(2^{\log_2 7}=7,\) \(13^{\log_{13}5}=5,\) \(10^{\lg21}=21.\)

 

Это тождество особенно полезно в выражениях, где логарифм находится в показателе степени.

 

 

Основные свойства логарифмов

Во всех формулах ниже предполагается, что логарифмы определены.

 

Базовые значения

 

\(\boxed{\log_a a=1},\) \(\boxed{\log_a1=0}.\)

 

Сумма и разность

 

\(\boxed{\log_a b+\log_a c=\log_a(bc)},\)


\(\boxed{\log_a b-\log_a c=\log_a\dfrac bc}.\)

 

Например,
\(\log_5 4+\log_5 3=\log_5 12,\)
\(\log_5 80-\log_5 16=\log_5 5=1.\)

 

Степень в аргументе и основании

 

\(\boxed{\log_a b^m=m\log_a b},\)


\(\boxed{\log_{a^n}b=\dfrac1n\log_a b},\) \(n\neq0.\)

 

Следовательно,


\(\boxed{\log_{a^n}b^m=\dfrac mn\log_a b}.\)

 

В частности,


\(\boxed{\log_{a^n}b^n=\log_a b}.\)

 

Примеры:
\(\log_4 4^5=5,\)
\(\log_{3^8}3=\dfrac18,\)
\(\log_4 27
=
\log_{2^2}3^3
=
\dfrac32\log_2 3,\)
\(\log_4 25=\log_2 5.\)

 

Если в аргументе или основании есть переменная, применять эти преобразования нужно только после проверки условий, при которых все появившиеся логарифмы определены.

 

 

Переход к новому основанию

Для любого допустимого основания \(c\):


\(\boxed{
\log_a b=\dfrac{\log_c b}{\log_c a}
}.\)

 

Частный случай:


\(\boxed{
\log_a b=\dfrac1{\log_b a}
}.\)

 

Например,
\(\dfrac{\log_3 13}{\log_3 169}
=
\log_{169}13
=
\dfrac12.\)

 

 

Полезные следствия

\(\boxed{
a^{\log_c b}=b^{\log_c a}
}.\)

 

То есть основание степени и аргумент логарифма можно поменять местами:


\(5^{\log_{25}4}
=
4^{\log_{25}5}
=
4^{1/2}
=
2.\)

 

При умножении логарифмов:


\(\boxed{
\log_a b\cdot\log_c d
=
\log_c b\cdot\log_a d
}.\)

 

В частности,


\(\boxed{
\log_a b\cdot\log_b a=1
}.\)

 

Например,
\(\log_3 7\cdot\log_7 9=2,\)


\(\log_3 4\cdot\log_4 3=1.\)

 

 

Вычисления с логарифмами

Пример 1

 

\(9^{\log_3 7}
=
(3^2)^{\log_3 7}
=
3^{2\log_3 7}
=
7^2
=
49.\)

 

 

Пример 2

 

\(\log_5 50+\log_5\dfrac12
=
\log_5 25
=
2.\)

 

 

Пример 3

 

\(3\log_3 2-\log_3 72
=
\log_3 8-\log_3 72
=
\log_3\dfrac19
=
-2.\)

 

 

Пример 4

 

\(\dfrac{\log_3 5}{\log_3 7}+\log_7 0{,}2
=
\log_7 5+\log_7 0{,}2
=
\log_7 1
=
0.\)

 

 

Пример 5

 

\(6\log_7\sqrt[3]{7}
=
6\log_7 7^{1/3}
=
6\cdot\dfrac13
=
2.\)

 

 

Пример 6

 

\(5^{\log_{25}49}
=
5^{\log_{5^2}7^2}
=
5^{\log_5 7}
=
7.\)

 

 

Пример 7

 

\(\log_{9\sqrt[6]{3}}\left(27\sqrt[6]{3}\right)
=
\dfrac{
\log_3\left(27\sqrt[6]{3}\right)
}{
\log_3\left(9\sqrt[6]{3}\right)
}
=
\dfrac{3+\dfrac16}{2+\dfrac16}
=
\dfrac{19}{13}.\)

 

 

Пример 8

 

\(5^{2+\log_5 3}
=
5^2\cdot5^{\log_5 3}
=
25\cdot3
=
75.\)

 

 

Пример 9

 

\(5^{-4\log_5 3}
=
5^{\log_5 3^{-4}}
=
3^{-4}
=
\dfrac1{81}.\)

 

 

Пример 10

 

\(\lg34-\lg2-\lg170
=
\lg\dfrac{34}{2}
-
\lg170
=
\lg\dfrac{17}{170}
=
-1.\)

 

 

Пример 11

 

\(\dfrac{\lg8+\lg18}{2\lg2+\lg3}
=
\dfrac{\lg144}{\lg4+\lg3}
=
\dfrac{\lg144}{\lg12}
=
\log_{12}144
=
2.\)

 

 

Пример 12

 

\(\log_{2\sqrt2}128
=
\log_{2^{3/2}}128
=
\dfrac23\log_2 128
=
\dfrac{14}{3}.\)

 

 

Пример 13

 

\(5^{\log_{\sqrt5}4-\log_5 2+2\log_{25}3}
=
5^{2\log_5 4-\log_5 2+\log_5 3}
=
5^{\log_5 24}
=
24.\)

 

 

Пример 14

 

\(7^{\dfrac{\lg\lg2}{\lg7}}
=
7^{\log_7(\lg2)}
=
\lg2.\)

 

 

Пример 15

 

Вычислим:


\(\sqrt{\log_2^2 3+1-\log_2 9}
-
\log_2(12\sqrt2).\)

 

Первая часть:
\(\sqrt{\log_2^2 3-2\log_2 3+1}
=
\sqrt{(\log_2 3-1)^2}
=
|\log_2 3-1|.\)

 

Так как \(\log_2 3>1,\) то \(|\log_2 3-1|=\log_2 3-1.\)

 

Вторая часть:
\(\log_2(12\sqrt2)
=
\log_2 3+2+\dfrac12
=
\log_2 3+\dfrac52.\)

 

Следовательно,
\(\log_2 3-1-\left(\log_2 3+\dfrac52\right)
=
-\dfrac72.\)

 

 

Пример 16

 

\(\log_2\log_2\sqrt{\sqrt[4]{2}}
=
\log_2\log_2 2^{1/8}
=
\log_2\dfrac18
=
-3.\)

 

 

Пример 17

 

Вычислим:
\(\dfrac{
81^{\dfrac1{\log_5 9}}
+
3^{\dfrac3{\log_{\sqrt6}3}}
}{409}
\left(
(\sqrt7)^{\dfrac2{\log_{25}7}}
-
125^{\log_{25}6}
\right).\)

 

Имеем:
\(81^{\dfrac1{\log_5 9}}
=
81^{\log_9 5}
=
25,\)
\(3^{\dfrac3{\log_{\sqrt6}3}}
=
3^{3\log_3\sqrt6}
=
6\sqrt6,\)
\((\sqrt7)^{\dfrac2{\log_{25}7}}
=
25,\)
\(125^{\log_{25}6}
=
6\sqrt6.\)

 

Поэтому
\(\dfrac{25+6\sqrt6}{409}(25-6\sqrt6)
=
\dfrac{625-216}{409}
=
1.\)

 

 

Пример 18

 

\(\log_3 12
-
\log_3 7\cdot\log_7 5\cdot\log_5 4
=
\log_3 12-\log_3 4
=
1.\)

 

 

Типичные ошибки

• Пишут неверное равенство \(\log_a(b+c)=\log_a b+\log_a c.\) Такого свойства нет.

 

• Используют свойства логарифмов, не проверив, что все участвующие логарифмы определены.

 

• При выражениях с переменной забывают, что аргумент логарифма должен быть положительным, а основание — положительным и не равным единице.

 

• Выносят степень из выражения с переменной так, будто знак переменной уже известен.

 

 

Задачи для самостоятельной работы

Вычислите:

 

1. \(\log_2 128\).


2. \(\log_{13}1\).


3. \(\log_3\dfrac1{27}\).


4. \(\log_{64}4\).


5. \(\log_{\dfrac12}\dfrac18\).


6. \(\log_5 0{,}04\).


7. \(\lg0{,}001\).


8. \(\log_{\sqrt2}8\).


9. \(\log_{0{,}5}4\).


10. \(\left(\dfrac13\right)^{\log_{\dfrac13}5}\).


11. \(10^{\lg\pi}\).


12. \(10^{1-\lg5}\).


13. \(6^{\log_6 3+\log_6 5}\).


14. \(\log_3 5-\log_3\dfrac5{27}\).


15. \(\log_{12}2+\log_{12}8+\log_{12}9\).


16. \(\log_{36}84-\log_{36}14\).


17. \(\dfrac{\log_{\dfrac12}5}{\log_{\dfrac12}625}\).


18. \(\log_{\sqrt3}\sqrt{18}-\log_3 2\).


19. \(27^{-\dfrac13\log_3\dfrac12-\log_{27}2}\).


20. \(15\log_{\dfrac17}
   \left(
   \sqrt[5]{7}\cdot\dfrac1{49}\cdot
   5^{\log_{\sqrt5}\sqrt[3]{49}}
   \right).\)


21. \(\dfrac{\log_2 40}{\lg2}
   -
   \dfrac{\log_2 5}{\log_{80}2}.\)


22. \(4^{3-\log_5 10}\cdot4^{\log_5 2}.\)


23. \(81^{\dfrac1{\log_5 3}}
   +
   27^{\log_9 36}
   +
   3^{\dfrac4{\log_7 9}}.\)


24. \(\log_3\log_3\sqrt[3]{\sqrt[3]{3}}.\)


25. \(\dfrac{
   \left(
   2^{\dfrac1{\log_8 2}}
   +
   5^{\log_{25}49}
   \right)
   \left(
   81^{\dfrac1{\log_4 9}}
   -
   8^{\log_4 9}
   \right)
   }{
   3+
   5^{\dfrac1{\log_{16}25}}\cdot5^{\log_5 3}
   }.\)


26. \(\log_{15}20\cdot
   \log_{16}15\cdot
   \log_{17}16\cdot
   \log_{18}17\cdot
   \log_{19}18\cdot
   \log_{20}19.\)

 

 

Ответы

1. \(7\).
2. \(0\).
3. \(-3\).
4. \(\dfrac13\).
5. \(3\).
6. \(-2\).
7. \(-3\).
8. \(6\).
9. \(-2\).
10. \(5\).
11. \(\pi\).
12. \(2\).
13. \(15\).
14. \(3\).
15. \(2\).
16. \(\dfrac12\).
17. \(\dfrac14\).
18. \(2\).
19. \(1\).
20. \(7\).
21. \(3\).
22. \(16\).
23. \(890\).
24. \(-2\).
25. \(-11\).
26. \(1\).