Start › Definicje i teoria › Matematyka › Logarytmy
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Logarytmy

Definicja logarytmu, warunki istnienia, podstawowe własności i zastosowania logarytmów.

10 definicji
Funkcja logarytmiczna — definicja i własności SP · szkoła podstawowa
Definicja: $f(x) = \log_a x$, gdzie $a > 0$, $a \neq 1$, $x > 0$.
Funkcja odwrotna do $a^x$: $\log_a(a^x) = x$ i $a^{\log_a x} = x$.
Dziedzina: $(0,+\infty)$; zbiór wartości: $\mathbb{R}$; $f(1)=0$, $f(a)=1$.
Prosto mówiąc: $\log_a b$ odpowiada na pytanie: "Do jakiej potęgi podnieść $a$, żeby dostać $b$?". $\log_2 8 = 3$, bo $2^3=8$.
Wzory logarytmiczne:
  • $\log_a(xy) = \log_a x + \log_a y$
  • $\log_a\dfrac{x}{y} = \log_a x - \log_a y$
  • $\log_a x^n = n\log_a x$
  • Zmiana podstawy: $\log_a x = \dfrac{\log_b x}{\log_b a} = \dfrac{\ln x}{\ln a}$
Szczególne: $\lg x = \log_{10} x$; $\ln x = \log_e x$ (logarytm naturalny).
Przykład: Rozwiąż $\log_3(2x+1) = 2$.
  1. Warunek dziedziny: $2x+1 > 0 \Rightarrow x > -\frac{1}{2}$
  2. $2x+1 = 3^2 = 9 \Rightarrow x = 4$
  3. $x=4 > -\frac{1}{2}$ ✓
⚡ Zapamiętaj: Zawsze sprawdzaj dziedzinę! Wyrażenie pod logarytmem musi być $> 0$. Równanie $\log_a f(x) = \log_a g(x)$ oznacza $f(x)=g(x)$ PLUS warunek $f(x)>0$ i $g(x)>0$.
Logarytmy LO · szkoła średnia

Definicja

$$\log_a b=c \iff a^c=b$$

przy założeniach $a>0$, $a\ne1$, $b>0$. Logarytm odpowiada na pytanie: do której potęgi podnieść podstawę, aby otrzymać daną liczbę.

Wartości podstawowe

$$\log_a1=0,\qquad \log_aa=1,\qquad a^{\log_ab}=b$$

Własności

$$\log_a(xy)=\log_ax+\log_ay$$

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

$$\log_ax^k=k\log_ax$$

Logarytm zamienia mnożenie na dodawanie, dzielenie na odejmowanie, a potęgowanie na mnożenie — to czyni go głównym narzędziem przy równaniach wykładniczych.

Zmiana podstawy

$$\log_ab=\frac{\log_cb}{\log_ca},\qquad \log_ab=\frac{1}{\log_ba}$$

Przykład: $\log_832=\frac{\log_232}{\log_28}=\frac{5}{3}$.

Oznaczenia skrócone

$\log x$ to logarytm dziesiętny (podstawa $10$), a $\ln x$ — naturalny (podstawa $e\approx2{,}718$).

Na co uważać

Nie istnieje wzór na $\log_a(x+y)$. W równaniach logarytmicznych zawsze zaczynaj od wyznaczenia dziedziny — argument musi być dodatni, co zwykle eliminuje część formalnie otrzymanych rozwiązań.

Funkcja wykładnicza i logarytmiczna LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Funkcja wykładnicza

Funkcja wykładnicza

$$f(x)=a^x,\qquad a>0,\ a\ne1$$

Dziedzina: $\mathbb{R}$. Zbiór wartości: $(0,+\infty)$ — funkcja nigdy nie przyjmuje wartości $0$ ani ujemnych. Zawsze przechodzi przez punkt $(0,1)$, a oś $OX$ jest asymptotą poziomą.

Dla $a>1$ rośnie, dla $0\lt a\lt 1$ maleje.

Funkcja logarytmiczna

$$f(x)=\log_ax$$

Jest funkcją odwrotną do wykładniczej — jej wykres to odbicie wykresu $a^x$ względem prostej $y=x$. Dziedzina: $(0,+\infty)$, zbiór wartości: $\mathbb{R}$, przechodzi przez $(1,0)$, oś $OY$ jest asymptotą pionową.

Równania wykładnicze

Podstawowa metoda: sprowadzenie obu stron do tej samej podstawy.

$$a^{f(x)}=a^{g(x)} \iff f(x)=g(x)$$

Przykład: $2^x=32=2^5$, więc $x=5$.

Metoda podstawienia

Równania typu $a^{2x}+pa^x+q=0$ sprowadzamy do kwadratowego, podstawiając $t=a^x>0$.

Przykład: $4^x-5\cdot2^x+4=0$, podstawiamy $t=2^x$: $t^2-5t+4=0$, skąd $t=1$ lub $t=4$, czyli $x=0$ lub $x=2$.

Nierówności wykładnicze

Kierunek zależy od podstawy: dla $a>1$ zostaje bez zmian, dla $0\lt a\lt 1$ odwraca się.

Na co uważać

Po podstawieniu odrzuć rozwiązania $t\le0$ — funkcja wykładnicza takich wartości nie przyjmuje. W równaniach logarytmicznych zawsze zacznij od dziedziny.

Logarytm — definicja i własności LO · szkoła średnia
Definicja: Logarytm o podstawie $a$ z liczby $b$ ($\log_a b$) to wykładnik $x$, do którego należy podnieść $a$, aby otrzymać $b$: $$\log_a b = x \iff a^x = b \quad (a > 0,\; a \neq 1,\; b > 0)$$ Logarytm naturalny: $\ln x = \log_e x$. Logarytm dziesiętny: $\log x = \log_{10} x$.
Prosto mówiąc: Logarytm to „odwrotność" potęgowania. Pytamy: „do jakiej potęgi podnosić 2, żeby dostać 8?" Odpowiedź: $\log_2 8 = 3$, bo $2^3 = 8$.
Kluczowe własności:
  • $\log_a(mn) = \log_a m + \log_a n$ (iloczyn → suma)
  • $\log_a\frac{m}{n} = \log_a m - \log_a n$ (iloraz → różnica)
  • $\log_a m^k = k \log_a m$ (potęga → mnożnik)
  • $\log_a a = 1$; $\log_a 1 = 0$
  • Zamiana podstawy: $\log_a b = \frac{\ln b}{\ln a}$
Przykład: Oblicz $\log_2 32 + \log_2 4$.
  1. $\log_2 32 + \log_2 4 = \log_2 (32 \cdot 4) = \log_2 128$
  2. $2^7 = 128 \Rightarrow \log_2 128 = 7$
⚡ Zapamiętaj: Logarytm istnieje tylko dla $b > 0$ i $a > 0$, $a \neq 1$. Nie możesz wziąć logarytmu z liczby ujemnej ani zera!
Własności logarytmów LO · szkoła średnia

Definicja

$$\log_a b=c \iff a^c=b \qquad (a>0,\ a\neq1,\ b>0)$$

Logarytm to wykładnik, do którego podnosimy podstawę.

Wartości szczególne

$$\log_a 1=0,\qquad \log_a a=1$$

Trzy podstawowe własności

$$\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y \quad\text{(iloczyn → suma)}$$

$$\log_a\frac{x}{y}=\log_a x-\log_a y \quad\text{(iloraz → różnica)}$$

$$\log_a x^n=n\log_a x \quad\text{(potęga → mnożnik)}$$

Zmiana podstawy

$$\log_a b=\frac{\log_c b}{\log_c a}$$

Pozwala sprowadzić dowolny logarytm do wygodnej podstawy. Wniosek: $\log_a b=\frac{1}{\log_b a}$, więc $\log_a b\cdot\log_b a=1$.

Strategia obliczeń

Trudne logarytmy często upraszczają się dopiero po połączeniu: $\log_2 48-\log_2 3=\log_2 16=4$, choć każdy z osobna nie jest „ładny".

Na co uważać

$\log_a x^n=n\log_a x$ to nie to samo co $(\log_a x)^n$ — wykładnik schodzi przed logarytm. Logarytm istnieje tylko dla argumentów dodatnich.

Wykresy funkcji wykładniczej i logarytmicznej LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Funkcja wykładnicza

Funkcja wykładnicza

$$f(x)=a^x,\qquad a>0,\ a\neq1$$

Dziedzina to $\mathbb{R}$, zbiór wartości $(0,+\infty)$. Dla $a>1$ funkcja rośnie, dla $0\lt a\lt 1$ maleje. Zawsze przechodzi przez $(0,\ 1)$, a osią $OX$ ($y=0$) jest asymptota pozioma.

Funkcja logarytmiczna

$$f(x)=\log_a x,\qquad a>0,\ a\neq1$$

Dziedzina to $(0,+\infty)$, zbiór wartości $\mathbb{R}$. Przechodzi przez $(1,\ 0)$, asymptota pionowa to oś $OY$ ($x=0$).

Funkcje wzajemnie odwrotne

$\log_a x$ jest funkcją odwrotną do $a^x$. Ich wykresy są symetryczne względem prostej $y=x$, a punkty charakterystyczne zamienione: $(0,1)$ i $(1,0)$.

Przesunięcia

Dodanie stałej do funkcji ($a^x+q$) przesuwa wykres w pionie — asymptota pozioma przechodzi na $y=q$. Zmiana argumentu ($\log_a(x-p)$) przesuwa w poziomie i zmienia dziedzinę oraz asymptotę pionową.

Zastosowania

Model wzrostu wykładniczego opisuje procent składany $K(t)=K_0(1+p)^t$, rozpad promieniotwórczy i wzrost populacji.

Na co uważać

Funkcja wykładnicza nigdy nie jest ujemna ani zerowa. Logarytm istnieje tylko dla argumentów dodatnich — zawsze wyznacz dziedzinę.

Funkcje wykładnicza i logarytmiczna — zastosowania (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Funkcja wykładnicza

$y=a\cdot b^x$ modeluje wzrost lub rozpad (np. procent składany, rozpad promieniotwórczy).

Logarytm

$\log_a b=c$ oznacza $a^c=b$. Skale logarytmiczne to m.in. pH i decybele.

Procent składany

$K_n=K_0(1+p)^n$, gdzie $p$ to oprocentowanie, a $n$ liczba okresów.

Zastosowania

Wzrost populacji, odsetki bankowe, natężenie dźwięku.

Przekształcenia wykresu funkcji logarytmicznej (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Wykres podstawowy

$y=\log_a x$ ma dziedzinę $x>0$ i asymptotę pionową $x=0$.

Przesunięcie

$y=\log_a(x-p)+q$ przesuwa wykres o wektor $[p,q]$; asymptota to $x=p$.

Monotoniczność

Dla $a>1$ funkcja rosnąca, dla $0\lt a\lt 1$ malejąca.

Związek

Logarytmiczna jest odwrotna do wykładniczej o tej samej podstawie.

Funkcja wykładnicza i logarytmiczna — zagadnienia uzupełniające (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia

Równania wykładnicze

Sprowadzamy do wspólnej podstawy: $a^{f(x)}=a^{g(x)}$ daje $f(x)=g(x)$.

Równania logarytmiczne

Korzystamy z definicji i dziedziny: $\log_a x=b$ oznacza $x=a^b$, przy $x>0$.

Własności logarytmów

$\log_a(xy)=\log_a x+\log_a y$, $\log_a x^n=n\log_a x$.

Dziedzina

W logarytmie argument i podstawa muszą być dodatnie, podstawa $\neq1$.

Skala logarytmiczna (klasa 1 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Skala logarytmiczna

Idea

Na skali logarytmicznej równym odstępom odpowiada mnożenie przez stały czynnik.

Zapis

Współrzędną wyznacza $\log_{10} x$.

Zastosowania

Skala pH, poziom dźwięku w decybelach, skala Richtera.

Zaleta

Pozwala przedstawić bardzo duży zakres wartości na jednym wykresie.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.