Logarytm odpowiada na pytanie: do której potęgi podnieść podstawę, aby otrzymać daną liczbę?

$$3^4=81 \quad\Rightarrow\quad \log_3 81=4$$

Warto rozpisać potęgi trójki: $3^1=3$, $3^2=9$, $3^3=27$, $3^4=81$.

Odpowiedź: C. $4$.

Sposób 1 — osobno każdy logarytm:

$$\log_2 8=3 \quad (\text{bo } 2^3=8),\qquad \log_2 4=2 \quad (\text{bo } 2^2=4)$$

$$3+2=5$$

Sposób 2 — wzór na logarytm iloczynu:

$$\log_a x+\log_a y=\log_a(x\cdot y)$$

$$\log_2 8+\log_2 4=\log_2 32=5 \quad (\text{bo } 2^5=32)$$

Oba sposoby dają ten sam wynik — drugi bywa niezbędny, gdy pojedyncze logarytmy nie są „ładne”.

Odpowiedź: $5$.

Pojedyncze logarytmy nie są liczbami całkowitymi, więc korzystamy ze wzoru na logarytm ilorazu:

$$\log_a x-\log_a y=\log_a\frac{x}{y}$$

Podstawiamy:

$$\log_5 100-\log_5 4=\log_5\frac{100}{4}=\log_5 25$$

Obliczamy:

$$\log_5 25=2 \quad (\text{bo } 5^2=25)$$

Odpowiedź: $2$.

Logarytm jest określony tylko dla liczb dodatnich.

Dlaczego: $\log_2 x=y$ oznacza $2^y=x$. Potęga o podstawie dodatniej zawsze daje wynik dodatni — nie da się otrzymać zera ani liczby ujemnej.

$$D=(0,\,+\infty)$$

Uwaga na odpowiedź C: zero nie należy do dziedziny, bo żadna potęga dwójki nie jest równa zeru.

Odpowiedź: B. $x>0$.

Krok 1 — sprowadzamy obie strony do tej samej podstawy:

$$32=2^5$$

$$2^x=2^5$$

Krok 2 — porównujemy wykładniki. Funkcja wykładnicza jest różnowartościowa, więc z równości potęg o tej samej podstawie wynika równość wykładników:

$$x=5$$

Sprawdzenie: $2^5=32$ ✔

Odpowiedź: $x=5$.

Krok 1 — wspólna podstawa:

$$27=3^3 \quad\Rightarrow\quad 3^{2x-1}=3^3$$

Krok 2 — porównujemy wykładniki:

$$2x-1=3$$

Krok 3 — rozwiązujemy równanie liniowe:

$$2x=4 \quad\Rightarrow\quad x=2$$

Sprawdzenie: $3^{2\cdot2-1}=3^3=27$ ✔

Odpowiedź: $x=2$.

O monotoniczności funkcji wykładniczej $f(x)=a^x$ decyduje podstawa:

$$a>1 \Rightarrow \text{rosnąca},\qquad 0

Tutaj $a=\frac12$, czyli $0maleje w całej dziedzinie.

Sprawdźmy na liczbach:

$$f(0)=1,\qquad f(1)=\tfrac12,\qquad f(2)=\tfrac14$$

Wartości faktycznie maleją.

Odpowiedź: A.

Krok 1 — dziedzina. Argument logarytmu musi być dodatni:

$$x-1>0 \quad\Rightarrow\quad x>1$$

Krok 2 — przechodzimy na postać wykładniczą. Zapis $\log_2 A=3$ oznacza $A=2^3$:

$$x-1=2^3=8$$

Krok 3 — rozwiązujemy:

$$x=9$$

Krok 4 — sprawdzamy dziedzinę: $9>1$ ✔

Sprawdzenie w równaniu: $\log_2(9-1)=\log_2 8=3$ ✔

Uwaga: w równaniach logarytmicznych wyznaczenie dziedziny to nie formalność — rozwiązania spoza niej trzeba odrzucić.

Odpowiedź: $x=9$.

Szukamy wykładnika, do którego trzeba podnieść $a$, aby otrzymać $1$:

$$a^0=1 \quad\Rightarrow\quad \log_a 1=0$$

Każda liczba dodatnia podniesiona do potęgi zerowej daje $1$, więc wynik nie zależy od podstawy.

Druga zależność warta zapamiętania: $\log_a a=1$, bo $a^1=a$.

Odpowiedź: D. $0$.

Krok 1 — zamieniamy drugi czynnik na podstawę $2$. Ze wzoru na zmianę podstawy:

$$\log_5 8=\frac{\log_2 8}{\log_2 5}$$

Krok 2 — podstawiamy do iloczynu:

$$\log_2 5\cdot\frac{\log_2 8}{\log_2 5}=\log_2 8$$

Czynnik $\log_2 5$ się skraca.

Krok 3 — obliczamy:

$$\log_2 8=3$$

Reguła ogólna: $\log_a b\cdot\log_b c=\log_a c$ — podstawy „skracają się” jak ogniwa łańcucha.

Odpowiedź: $3$.

Krok 1 — sprowadzamy obie strony do podstawy $2$:

$$4=2^2,\qquad 8=2^3$$

$$\left(2^2\right)^x=2^3$$

Krok 2 — korzystamy ze wzoru $(a^m)^n=a^{mn}$:

$$2^{2x}=2^3$$

Krok 3 — porównujemy wykładniki:

$$2x=3 \quad\Rightarrow\quad x=\frac32$$

Sprawdzenie: $4^{3/2}=\left(\sqrt4\right)^3=2^3=8$ ✔

Odpowiedź: $x=\frac32=1{,}5$.

Podstawiamy $x=0$ do wzoru funkcji:

$$f(0)=a^0=1$$

Zachodzi to dla każdej dopuszczalnej podstawy, więc wszystkie wykresy funkcji wykładniczych przecinają oś OY w tym samym punkcie $(0,\,1)$.

Uwaga na kolejność współrzędnych: odpowiedź A ma te same liczby, ale zamienione miejscami — punkt $(1,\,0)$ leży na osi OX, a funkcja wykładnicza nigdy nie przyjmuje wartości $0$.

Dla porównania: wykres funkcji logarytmicznej przechodzi przez $(1,\,0)$.

Odpowiedź: B. $(0,\,1)$.

Krok 1 — wspólna podstawa:

$$16=2^4 \quad\Rightarrow\quad 2^x>2^4$$

Krok 2 — porównujemy wykładniki. Podstawa $2>1$, więc funkcja jest rosnąca i znak nierówności pozostaje bez zmian:

$$x>4$$

Kluczowa uwaga: gdyby podstawa mieściła się w przedziale $(0,\,1)$, funkcja byłaby malejąca i znak nierówności trzeba by odwrócić. Przykładowo $\left(\frac12\right)^x>\frac{1}{16}$ daje $x<4$.

Odpowiedź: $x\in(4,\,+\infty)$.

Pierwszy logarytm. Szukamy wykładnika dającego $\frac19$:

$$3^{-2}=\frac{1}{3^2}=\frac19 \quad\Rightarrow\quad \log_3\frac19=-2$$

Drugi logarytm. Podstawą jest teraz $\frac13$:

$$\left(\frac13\right)^{-2}=3^2=9 \quad\Rightarrow\quad \log_{\frac13} 9=-2$$

Obserwacja: oba wyniki są równe $-2$. Odwrócenie podstawy i odwrócenie argumentu jednocześnie nie zmienia wartości logarytmu.

Uwaga: logarytm może być ujemny — to nie błąd. Ujemny wynik oznacza tylko, że argument jest mniejszy od $1$ przy podstawie większej od $1$.

Odpowiedź: oba logarytmy wynoszą $-2$.

Korzystamy ze wzoru na logarytm potęgi:

$$\log_a x^n=n\log_a x$$

Wykładnik „wychodzi przed” logarytm jako czynnik:

$$\log_a x^3=3\log_a x$$

Sprawdźmy na liczbach dla $a=2$, $x=4$:

$$\log_2 4^3=\log_2 64=6 \qquad \text{oraz} \qquad 3\log_2 4=3\cdot2=6$$

Zgadza się. Odpowiedź A dałaby $2^3=8$ — to zupełnie co innego.

Odpowiedź: C.

Krok 1 — dziedzina. Oba argumenty muszą być dodatnie:

$$x>0 \quad \text{oraz} \quad x-2>0 \quad\Rightarrow\quad x>2$$

Krok 2 — łączymy logarytmy wzorem na logarytm iloczynu:

$$\log_3\left[x(x-2)\right]=1$$

Krok 3 — przechodzimy na postać wykładniczą:

$$x(x-2)=3^1=3$$

Krok 4 — rozwiązujemy równanie kwadratowe:

$$x^2-2x-3=0 \quad\Rightarrow\quad (x-3)(x+1)=0 \quad\Rightarrow\quad x=3 \ \text{ lub } \ x=-1$$

Krok 5 — konfrontujemy z dziedziną. Warunek to $x>2$, więc $x=-1$ odrzucamy.

Sprawdzenie dla $x=3$: $\log_3 3+\log_3 1=1+0=1$ ✔

Odpowiedź: $x=3$.

Krok 1 — budujemy wzór. Po każdej godzinie liczba mnoży się przez $2$, więc po $t$ godzinach mnożnikiem jest $2^t$:

$$N(t)=500\cdot2^t$$

Krok 2 — obliczamy dla $t=6$:

$$N(6)=500\cdot2^6=500\cdot64=32\,000$$

Sprawdzenie krokami: $500 \to 1000 \to 2000 \to 4000 \to 8000 \to 16\,000 \to 32\,000$ — sześć podwojeń ✔

Warto zauważyć: wzrost wykładniczy jest bardzo szybki — w ciągu doby liczba bakterii przekroczyłaby $8$ miliardów.

Odpowiedź: $N(t)=500\cdot2^t$; po $6$ godzinach będzie $32\,000$ bakterii.

Szukamy wykładnika dla podstawy $10$:

$$10^3=1000 \quad\Rightarrow\quad \log_{10} 1000=3$$

Logarytm dziesiętny zapisujemy często krócej jako $\log 1000$ — pominięcie podstawy oznacza właśnie $10$.

Praktyczna wskazówka: logarytm dziesiętny z liczby będącej potęgą dziesiątki to po prostu liczba zer: $\log 100=2$, $\log 10\,000=4$.

Odpowiedź: A. $3$.

Krok 1 — dostrzegamy strukturę. Zauważmy, że $9^x=\left(3^2\right)^x=\left(3^x\right)^2$, więc równanie jest kwadratowe względem $3^x$.

Krok 2 — podstawienie. Niech $t=3^x$, przy czym $t>0$ (potęga jest zawsze dodatnia):

$$t^2-4t+3=0$$

Krok 3 — rozwiązujemy równanie kwadratowe:

$$(t-1)(t-3)=0 \quad\Rightarrow\quad t=1 \ \text{ lub } \ t=3$$

Oba wyniki są dodatnie, więc oba są dopuszczalne.

Krok 4 — wracamy do zmiennej $x$:

$$3^x=1 \quad\Rightarrow\quad x=0$$

$$3^x=3 \quad\Rightarrow\quad x=1$$

Sprawdzenie dla $x=1$: $9-4\cdot3+3=9-12+3=0$ ✔

Odpowiedź: $x=0$ lub $x=1$.

Krok 1 — wzór na procent składany:

$$K_n=10\,000\cdot1{,}05^n$$

Krok 2 — układamy nierówność:

$$10\,000\cdot1{,}05^n>12\,000 \quad\Rightarrow\quad 1{,}05^n>1{,}2$$

Krok 3 — sprawdzamy kolejne lata podanymi przybliżeniami:

$$1{,}05^3\approx1{,}158<1{,}2 \qquad \text{(za mało)}$$

$$1{,}05^4\approx1{,}216>1{,}2 \qquad \text{(wystarczy)}$$

Krok 4 — kwota po czwartym roku:

$$K_4\approx10\,000\cdot1{,}216=12\,160\ \text{zł}$$

Kontrola sensu: po trzech latach byłoby około $11\,580$ zł — jeszcze poniżej progu, a po czwartym już powyżej ✔

Odpowiedź: $K_n=10\,000\cdot1{,}05^n$; kapitał przekroczy $12\,000$ zł po $4$ pełnych latach.