Как вводить данные? Правила ввода
Ввод данных, наверное, это самое главное, что необходимо усвоить при работе с математическими калькуляторами по решению задач. Не важно какие сервисы вы используете, будь то сайт, десктопная программа или мобильное приложение, ведь именно с корректного ввода данных начинается постановка задачи для вычислительной системы.
Как правило у каждого подобного сервиса свой синтаксис. Но какими бы ни были современные математические калькуляторы (программы), в любом случае все они базируются на принципах обработки, которые появились еще в прошлом веке. Отличаются лишь методы обработки (парсинг математических выражений), но математические формулы от этого, разумеется, не меняются.
Стоит отметить, что калькуляторы на Math24.biz куда более «умнее», или, иными словами, менее требовательны, чем ряд других аналогичных калькуляторов на просторах интернета.
Итак, начнем. Самые элементарные правила как вводить данные касаются записи чисел и скобок.
Скобки используются круглые. Но даже если вы введете [, ], <или >, то они преобразуются в соответствующие круглые. Кстати, это небольшое наше преимущество в отличие от других калькуляторов.
Обратим внимание на записи десятичных чисел и некоторых математических констант. В десятичной записи числа необходимо использовать точку, а не запятую.
Примеры ввода десятичных чисел
Такое правило ввода данных оправдывается тем, что запятая используется в функциях, например, логарифмических, в которых разделены через запятую основание логарифма и число, от которого берется логарифм. И таких функций множество, включая функции нескольких переменных.
Примеры обозначений математических констант
Корень квадратный от числа записывается как sqr или sqrt.
Примеры записи квадратного корня
Наверняка многие сейчас подумали, что квадратный корень из 2 можно записать как 2^(1/2) или 2^(0.5). Но в данном случае мы хотим лишь сказать, что sqrt есть обозначение квадратного корня, которое используется во многих программах.
Примите это на заметку, если ранее не встречались с этим обозначением!
Далее быстро пройдемся по математическим операциям и правилам их ввода, потому что здесь всё проще-простого.
+ Операция сложения (суммирование)
− Операция вычитания (разность)
* Операция умножения
Кстати, если два множителя записать через пробел, то калькулятор воспримет это за знак умножения. Например, x y равносильно x*y
/ Операция деления
^ Возведение в степень
Чуть сложнее для визуального восприятия, но никак не для понимания, это правило записи дробных выражений. Как вводить данные от таких выражений мы покажем на примерах с применением различных цветов.
Это позволит лучше и быстрее освоить необходимые навыки юным ученикам. Хотя, поверьте нам, старшеклассники и студенты очень часто сталкиваются с проблемой ввода сложных формул.
Примеры ввода дробных выражений
Для лучшего визуального восприятия мы специально добавили пробелы, чтобы выделить отдельные операции.
( (z-1) (t+1) ) / ( (x-1) / (y+1) )
Как вы могли заметить, одним из базовых правил при вводе данных является использование букв только латинского алфавита!
Ниже перечислим наиболее часто встречающиеся функции при изучении школьной математики и математических дисциплин начальных курсов ВУЗов и других учебных заведений.
Логарифм. Как вычислить логарифм?
Логарифмом положительного числа \(c\) по основанию \(a\) \((a>0, a\neq1)\) называется показатель степени \(b\), в которую надо возвести основание \(a\), чтобы получить число \(c\) \((c>0)\), т.е.
Объясним проще. Например, \(\log_<2><8>\) равен степени, в которую надо возвести \(2\), чтоб получить \(8\). Отсюда понятно, что \(\log_<2><8>=3\).
Аргумент и основание логарифма
Любой логарифм имеет следующую «анатомию»:
Как вычислить логарифм?
а) В какую степень надо возвести \(4\), чтобы получить \(16\)? Очевидно во вторую. Поэтому:
в) В какую степень надо возвести \(\sqrt<5>\), чтобы получить \(1\)? А какая степень делает любое число единицей? Ноль, конечно!
г) В какую степень надо возвести \(\sqrt<7>\), чтобы получить \(\sqrt<7>\)? В первую – любое число в первой степени равно самому себе.
В сложных случаях для вычисления логарифма удобно переводить его в показательное уравнение.
Нам надо найти значение логарифма, обозначим его за икс. Теперь воспользуемся определением логарифма:
\(\log_
Слева воспользуемся свойствами степени: \(a^
Основания равны, переходим к равенству показателей
Умножим обе части уравнения на \(\frac<2><5>\)
Получившийся корень и есть значение логарифма
Зачем придумали логарифм?
Чтобы это понять, давайте решим уравнение: \(3^
А теперь решите уравнение: \(3^
Самые догадливые скажут: «икс чуть меньше двух». А как точно записать это число? Для ответа на этот вопрос и придумали логарифм. Благодаря ему, ответ здесь можно записать как \(x=\log_<3><8>\).
\(4^<5x-4>\) и \(10\) никак к одному основанию не привести. Значит тут не обойтись без логарифма.
Воспользуемся определением логарифма:
\(a^=c\) \(\Leftrightarrow\) \(\log_
Зеркально перевернем уравнение, чтобы икс был слева
И не пугайтесь логарифма, относитесь к нему как к обычному числу.
Поделим уравнение на 5
Вот наш корень. Да, выглядит непривычно, но ответ не выбирают.
Десятичный и натуральный логарифмы
Как указано в определении логарифма, его основанием может быть любое положительное число, кроме единицы \((a>0, a\neq1)\). И среди всех возможных оснований есть два встречающихся настолько часто, что для логарифмов с ними придумали особую короткую запись:
Десятичный логарифм: логарифм, у которого основание равно 10, записывается \(\lg\).
Основное логарифмическое тождество
У логарифмов есть множество свойств. Одно из них носит название «Основное логарифмическое тождество» и выглядит вот так:
Это свойство вытекает напрямую из определения. Посмотрим как именно эта формула появилась.
Вспомним краткую запись определения логарифма:
Пример: Найдите значение выражения \(36^<\log_<6><5>>\)
Вот теперь спокойно пользуемся основным логарифмическим тождеством.
Как число записать в виде логарифма?
Как уже было сказано выше – любой логарифм это просто число. Верно и обратное: любое число может быть записано как логарифм. Например, мы знаем, что \(\log_<2><4>\) равен двум. Тогда можно вместо двойки писать \(\log_<2><4>\).
Таким образом, если нам нужно, мы можем где угодно (хоть в уравнении, хоть в выражении, хоть в неравенстве) записывать двойку как логарифм с любым основанием – просто в качестве аргумента пишем основание в квадрате.
Точно также и с тройкой – ее можно записать как \(\log_<2><8>\), или как \(\log_<3><27>\), или как \(\log_<4><64>\)… Здесь мы как аргумент пишем основание в кубе:
Алгебра
Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке
Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера
. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке
Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке
План урока:
Задание. Укажите корень логарифмического уравнения
Задание. Решите урав-ние
В чуть более сложных случаях под знаком логарифма может стоять не сама переменная х, а выражение с переменной. То есть урав-ние имеет вид
Задание. Найдите решение логарифмического уравнения
Задание. Решите урав-ние
Задание. Решите урав-ние
Получили показательное уравнение. Показатели степеней можно приравнять, если равны их основания:
Уравнения вида logaf(x) = logag(x)
Порою логарифм стоит в обеих частях равенства, то есть и слева, и справа от знака «равно». Если основания логарифмов совпадают, то должны совпадать и аргументы логарифмов.
Задание. Решите урав-ние
Задание. Найдите корень урав-ния
Ситуация несколько усложняется в том случае, когда, под знаком логарифма в обоих частях равенства стоят выражения с переменными, то есть оно имеет вид
С одной стороны, очевидно, что должно выполняться равенство f(x) = g(x). Но этого мало, ведь под знаком логарифма не должно стоять отрицательное число. Поэтому после получения корней следует подставить их в урав-ние и убедиться, что они не являются посторонними корнями.
Задание. Решите урав-ние
Получили квадратное уравнение, которое решаем с помощью дискриминанта:
Получили два корня, (– 3) и 4. Однако теперь подставим их в исходное урав-ние и посмотрим, что у нас получится. При х = – 3 имеем:
Это верное равенство, поэтому х = – 3 действительно является корнем урав-ния. Теперь проверяем х = 4:
Хотя выражения и справа, и слева одинаковы, равенство верным считать нельзя, ведь выражение log3 (– 1) не имеет смысла! Действительно, нельзя вычислять логарифм от отрицательного числа. Поэтому корень х = 4 оказывается посторонним, и у нас остается только один настоящий корень – число (– 3).
Уравнения, требующие предварительных преобразований
Естественно, не всегда в обоих частях логарифмических уравнений и неравенств стоят только логарифмы с совпадающими основаниями. Часто требуется выполнить некоторые предварительные преобразования, чтобы привести урав-ние к виду logaf(x) = logag(x).
Задание. Решите урав-ние
с помощью которой любой множитель можно внести под знак логарифма. Сделаем это и в нашем случае:
Теперь в обеих частях равенства не стоит ничего, кроме логарифмов с одинаковыми основаниями. Поэтому мы можем приравнять их аргументы:
Задание. Решите урав-ние
Снова проверяем каждый из корней, подставляя его в исходное ур-ние. Прих = –1 получаем
Задание. Решите урав-ние
Решение. В правой части снова стоит сумма, но на этот раз не логарифмов. Однако число 1 можно представить как log5 5. Тогда урав-ние можно преобразовать:
Задание. Решите урав-ние
Решение. Данный пример похож на простейшее логарифмическое уравнение, однако переменная находится в основании логарифма, а не в аргументе. По определению логарифма мы можем записать, что
Первый вариант придется отбросить, так как основание логарифма, (а в данном случае это выражение х – 5) не может быть отрицательным числом. Получается, что
Задание. Решите урав-ние
Решение. Здесь ситуация осложняется тем, что основания логарифмов разные. Поэтому один из них необходимо привести к новому основанию. Попробуем привести log25x 4 к основанию 5, используя известную нам формулу
Мы добились того, что у логарифмов одинаковые основания, а потому мы можем приравнять их аргументы:
Логарифмические уравнения с заменой переменных
Иногда приходится делать некоторые замены, чтобы уравнение приняло более привычный вид.
Задание. Решите уравнение методом замены переменной
Задание. Найдите решение уравнения методом замены переменной
Решение. Для начала напомним, что символ lg означает десятичный логарифм. Отдельно знаменатель дроби в правой части:
Логарифмирование уравнений
Ясно, что если от равных величин взять логарифмы по одному и тому же основанию, то тогда эти логарифмы окажутся также равными. Если подобный прием применяют при решении урав-ния, то, говорят, что производится логарифмирование уравнения. Иногда оно позволяет решить некоторые особо сложные примеры.
Задание. Укажите корни урав-ния
Здесь переменная величина находится одновременно и в основании степени, и в ее показателе. Возьмем от правой и левой части урав-ния логарифм по основанию 5:
Возвращаемся от переменной t к переменной х:
Переход от логарифмических неравенств к нелогарифмическим
Рассмотрим график логарифмической функции у = logax при условии а > 1. Она является возрастающей функцией. Если на оси Ох отложить два числа tи s так, чтобы t располагалось левее s (то есть t 1). Но это не совсем так. Дело в том, что надо учесть ещё и тот факт, что под знаком логарифма может стоять исключительно положительное число. Получается, что от простейшего логарифмического неравенства
Естественно, вместо величин t и s могут стоять как числа, так и выражения с переменными.
Задание. Найдите решение логарифмического неравенства
Ответ можно оставить и в такой форме, однако всё же принято записывать его в виде промежутка. Очевидно, что нерав-во 0 logas:
Но, снова-таки, мы должны учесть, числа t может быть лишь положительным (тогда s, которое больше t, автоматически также окажется положительным). Получается, что при 0 loga s можно перейти к двойному нерав-ву 0 2 – 45х + 200 имеет решение
Однако в системе (5) есть ещё два неравенства, х > 0 и 45 >x. Их решениями являются промежутки (0; + ∞) и (– ∞; 45). Чтобы определить решение всей системы, отметим на одной прямой решения каждого отдельного нерав-ва и найдем область их пересечения:
Видно, что решениями нерав-ва будут являться промежутки (0; 5) и (40; 45), на которых справедливы все три нерав-ва, входящих в систему (5).
Определение логарифма и его свойства: теория и решение задач
По мере развития общества, усложнения производства развивалась и математика. Движение от простого к сложному. От обычного учёта методом сложения и вычитания, при их многократном повторении, пришли к понятию умножения и деления. Сокращение многократно повторяемой операции умножения стало понятием возведения в степень. Первые таблицы зависимости чисел от основания и числа возведения в степень были составлены ещё в VIII веке индийским математиком Варасена. С них и можно отсчитывать время возникновения логарифмов.
Исторический очерк
Возрождение Европы в XVI веке стимулировало и развитие механики. Требовался большой объем вычисления, связанных с умножением и делением многозначных чисел. Древние таблицы оказали большую услугу. Они позволяли заменять сложные операции на более простые – сложение и вычитание. Большим шагом вперёд стала работа математика Михаэля Штифеля, опубликованная в 1544 году, в которой он реализовал идею многих математиков. Что позволило использовать таблицы не только для степеней в виде простых чисел, но и для произвольных рациональных.
В 1614 году шотландец Джон Непер, развивая эти идеи, впервые ввёл новый термин «логарифм числа». Были составлены новые сложные таблицы для расчёта логарифмов синусов и косинусов, а также тангенсов. Это сильно сократило труд астрономов.
Стали появляться новые таблицы, которые успешно использовались учёными на протяжении трёх веков. Прошло немало времени, прежде чем новая операция в алгебре приобрела свой законченный вид. Было дано определение логарифма, и его свойства были изучены.
Только в XX веке с появлением калькулятора и компьютера человечество отказалось от древних таблиц, успешно работавших на протяжении XIII веков.
Определение логарифма
Сегодня мы называем логарифмом b по основанию a число x, которое является степенью числа а, чтобы получилось число b. В виде формулы это записывается: x = log a(b).
Например, log 3(9) будет равен 2. Это очевидно, если следовать определению. Если 3 возвести в степень 2, то получим 9.
Так, сформулированное определение ставит только одно ограничение, числа a и b должны быть вещественными.
Разновидности логарифмов
Классическое определение носит название вещественный логарифм и фактически является решением уравнения a x = b. Вариант a = 1 является пограничным и не представляет интереса. Внимание: 1 в любой степени равно 1.
Вещественное значение логарифма определено только при основании и аргументе больше 0, при этом основание не должно равняться 1.
Особое место в области математики играют логарифмы, которые будут называться в зависимости от величины их основания:
Правила и ограничения
Основополагающим свойством логарифмов является правило: логарифм произведения равен логарифмической сумме. log abp = lоg a(b) + log a(p).
Из предыдущих двух правил легко видно, что: lоg a(b p ) = p * log a(b).
Среди других свойств можно выделить:
Замечание. Не надо делать распространённую ошибку — логарифм суммы не равен сумме логарифмов.
Как найти логарифм
Многие века операция поиска логарифма была довольно трудоёмкой задачей. Математики пользовались известной формулой логарифмической теории разложения на многочлен:
Логарифмы с другими основаниями вычислялись, используя теорему о переходе от одного основания к другому и свойстве логарифма произведения.
Так как этот способ очень трудоёмкий и при решении практических задач трудноосуществим, то использовали заранее составленные таблицы логарифмов, что значительно ускоряло всю работу.
В некоторых случаях использовали специально составленные графики логарифмов, что давало меньшую точность, но значительно ускоряло поиск нужного значения. Кривая функции y = log a(x), построенная по нескольким точкам, позволяет с помощью обычной линейки находить значения функции в любой другой точке. Инженеры длительное время для этих целей использовали так называемую миллиметровую бумагу.
В XVII веке появились первые вспомогательные аналоговые вычислительные условия, которые к XIX веку приобрели законченный вид. Наиболее удачное устройство получило название логарифмическая линейка. При всей простоте устройства, её появление значительно ускорило процесс всех инженерных расчётов, и это переоценить трудно. В настоящее время уже мало кто знаком с этим устройством.
Появление калькуляторов и компьютеров сделало бессмысленным использование любых других устройств.
Уравнения и неравенства
Для решения различных уравнений и неравенств с использованием логарифмов применяются следующие формулы:
Для решения неравенств полезно знать:
Примеры задач
Рассмотрим несколько вариантов применения логарифмов и их свойства. Примеры с решением уравнений:
Рассмотрим вариант размещения логарифма в степени:
Практическое применение
Являясь исключительно математическим инструментом, кажется далёким от реальной жизни, что логарифм неожиданно приобрёл большое значение для описания объектов реального мира. Трудно найти науку, где его не применяют. Это в полной мере относится не только к естественным, но и гуманитарным областям знаний.
Логарифмические зависимости
Приведём несколько примеров числовых зависимостей:
Механика и физика
Исторически механика и физика всегда развивались с использованием математических методов исследования и одновременно служили стимулом для развития математики, в том числе логарифмов. Теория большинства законов физики написана языком математики. Приведём только два примера описания физических законов с использованием логарифма.
Решать задачу расчёта такой сложной величины как скорость ракеты можно, применяя формулу Циолковского, которая положила начало теории освоения космоса:
Другой важный пример — это использование в формуле другого великого учёного Макса Планка, которая служит для оценки равновесного состояния в термодинамике.
Химия
Менее очевидным будет использования формул в химии, содержащих отношение логарифмов. Приведём тоже только два примера:
Психология и биология
И уж совсем непонятно при чём здесь психология. Оказывается, сила ощущения хорошо описывается этой функцией как обратное отношение значения интенсивности раздражителя к нижнему значению интенсивности.
После вышеприведённых примеров уже не удивляет, что и в биологии широко используется тема логарифмов. Про биологические формы, соответствующие логарифмическим спиралям, можно писать целые тома.
Другие области
Кажется, невозможно существование мира без связи с этой функцией, и она правит всеми законами. Особенно, когда законы природы связаны с геометрической прогрессией. Стоит обратиться к сайту МатПрофи, и таких примеров найдётся множество в следующих сферах деятельности:
Список может быть бесконечным. Освоив основные закономерности этой функции, можно окунуться в мир бесконечной мудрости.
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
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.
Решение
Далее возьмем примеры с другими свойствами логарифмов.
Решение
Решение
Решение
Решение
Решение
Решение
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
Считаем: 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.
Решение
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.
Решение
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
Решение
Решение
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.
Разберем подробно каждый вид преобразования.
Как выделить степень в основании логарифма и под его знаком
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.
Решение
Если исходного числа нет в таблице степеней, то мы можем разложить его на простые множители.
Решение
Выполняем разложение 648 на простые множители.
648 324 162 81 9 3 1 2 2 2 3 3 3
Теперь мы можем преобразовать исходный логарифм произведения в сумму, а потом воспользоваться формулой логарифма степени.
Упрощаем выражение через раскрытие скобок:
Решение
Преобразования, которые нужно сделать, чтобы получить под знаком логарифма нужную степень, могут значительно отличаться от примера к примеру.
Решение
Первое, что нам нужно сделать, – это избавиться от иррациональности в знаменателе первой дроби, лежащей в основании логарифма:
Мы получили результат, схожий с дробью под знаком логарифма. Применим к нему свойства степеней и получим:
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
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.
Решение
3 − 2 · 3 log 3 7 = ( 1 9 ) · 7 = 7 9
Посмотрим пример решения такой задачи.
Решение
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
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,
Преобразование логарифмов с десятичными дробями
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.
Решение
Начнем с перехода от десятичных дробей к обыкновенным.
Теперь видно, что мы можем преобразовать 25 4 в виде ( 2 5 ) − 2 и воспользоваться формулой логарифма степени. Вычисляем значение:
Преобразование выражений с отрицательными числами под знаком логарифма
( − 2 ) 6 = ( ( − 1 ) · 2 ) 6 = ( − 1 ) 6 · 2 6 = 1 · 2 6 = 2 6
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.
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.
Почему надо учитывать область допустимых значений
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:
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.
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.
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:
А как быть в случае, если в области допустимых значений нужные условия не будут выполняться? Возьмем соответствующий пример и разберем его.
Решение
Возьмем еще один пример, чтобы закрепить навыки работы с модулями.
Решение
Вычисляем область допустимых значений данного выражения:
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:
Теперь объединяем получившиеся результаты.
С помощью таких рассуждений и свойств логарифмов отношения, произведения и степени можно вывести несколько результатов, полезных на практике и удобных в использовании:
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:
Теперь мы можем свободно применить формулу логарифма степени и выполнить приведение подобных слагаемых:
Возможны и другие преобразования, которые дают тот же результат: