อนุพันธ์ของฟังก์ชัน y 2 รูท x เครื่องคิดเลขออนไลน์

พวกเขาติดตามจากคำจำกัดความของมัน แล้วก็ลอการิทึมของจำนวนนั้น ขขึ้นอยู่กับ กถูกกำหนดให้เป็นเลขชี้กำลังที่ต้องยกจำนวนขึ้น กเพื่อรับหมายเลข ข(ลอการิทึมมีอยู่เฉพาะสำหรับจำนวนบวกเท่านั้น)

จากสูตรนี้จึงเป็นไปตามการคำนวณ x=ล็อก ก ขเทียบเท่ากับการแก้สมการ ก x =ขตัวอย่างเช่น, บันทึก 2 8 = 3เพราะ 8 = 2 3 - การกำหนดลอการิทึมทำให้สามารถพิสูจน์ได้ว่าถ้า ข=คแล้วตามด้วยลอการิทึมของตัวเลข ขขึ้นอยู่กับ กเท่ากับ กับ- เป็นที่ชัดเจนว่าหัวข้อลอการิทึมมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับหัวข้อเรื่องกำลังของตัวเลข

ด้วยลอการิทึมเช่นเดียวกับตัวเลขอื่นๆ คุณสามารถทำได้ การดำเนินการบวก ลบและเปลี่ยนแปลงในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ แต่เนื่องจากลอการิทึมไม่ใช่ตัวเลขธรรมดาทั้งหมด จึงมีการใช้กฎพิเศษของตัวเองที่เรียกว่า คุณสมบัติหลัก.

การบวกและการลบลอการิทึม

ลองเอาลอการิทึมสองตัวมาด้วย ในบริเวณเดียวกัน: เข้าสู่ระบบ xและ เข้าสู่ระบบ y- จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะดำเนินการบวกและการลบ:

บันทึก x+ บันทึก a y= บันทึก a (x·y);

บันทึก a x - บันทึก a y = บันทึก a (x:y)

เข้าสู่ระบบ(x 1 . x 2 . x 3 ... เอ็กซ์เค) = เข้าสู่ระบบ x 1 + เข้าสู่ระบบ x 2 + เข้าสู่ระบบ x 3 + ... + เข้าสู่ระบบ x k.

จาก ทฤษฎีบทผลหารลอการิทึมสามารถรับคุณสมบัติของลอการิทึมได้อีกหนึ่งรายการ เป็นความรู้ทั่วไปที่บันทึก ก 1= 0 ดังนั้น

บันทึก ก 1 /ข=บันทึก ก 1 - บันทึก ข= -ล็อก ข.

ซึ่งหมายความว่ามีความเท่าเทียมกัน:

บันทึก a 1 / b = - บันทึก a b

ลอการิทึมของจำนวนกลับกันสองตัวด้วยเหตุผลเดียวกันจะแตกต่างกันโดยสัญญาณเท่านั้น ดังนั้น:

บันทึก 3 9= - บันทึก 3 1/9 ; บันทึก 5 1/125 = -บันทึก 5 125

จุดเน้นของบทความนี้คือ ลอการิทึม- ที่นี่เราจะให้คำจำกัดความของลอการิทึมแสดง ได้รับการยอมรับการกำหนดเราจะยกตัวอย่างลอการิทึม และพูดถึงลอการิทึมธรรมชาติและทศนิยม หลังจากนี้ เราจะพิจารณาเอกลักษณ์ลอการิทึมพื้นฐาน

การนำทางหน้า

ความหมายของลอการิทึม

แนวคิดของลอการิทึมเกิดขึ้นเมื่อแก้ปัญหาใน ในแง่หนึ่งผกผัน เมื่อคุณต้องการหาเลขชี้กำลังด้วย คุณค่าที่ทราบระดับการศึกษาและพื้นฐานที่ทราบ

แต่พอคำนำก็ถึงเวลาตอบคำถามว่าลอการิทึมคืออะไร? ให้เราให้คำจำกัดความที่เกี่ยวข้อง

คำนิยาม.

ลอการิทึมของ b ถึงฐาน aโดยที่ a>0, a≠1 และ b>0 เป็นเลขชี้กำลังที่คุณต้องเพิ่มจำนวน a เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เป็น b

ในขั้นตอนนี้ เราสังเกตว่าคำว่า "ลอการิทึม" ในภาษาพูดควรทำให้เกิดคำถามตามมาสองข้อทันที: "จำนวนเท่าใด" และ "บนพื้นฐานใด" กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่มีลอการิทึม มีแต่ลอการิทึมของตัวเลขจนถึงฐานบางฐานเท่านั้น

เข้าไปได้เลยทันที สัญกรณ์ลอการิทึม: ลอการิทึมของตัวเลข b ถึงฐาน a มักจะแสดงเป็น log a b ลอการิทึมของตัวเลข b ถึงฐาน e และลอการิทึมของฐาน 10 มีสัญลักษณ์พิเศษของตัวเอง lnb และ logb ตามลำดับ นั่นคือ พวกมันเขียนไม่ใช่ log e b แต่เป็น lnb และไม่ใช่ log 10 b แต่เป็น lgb

ตอนนี้เราสามารถให้: .
และบันทึกต่างๆ ไม่สมเหตุสมผลเลย เนื่องจากตัวแรกมีจำนวนลบอยู่ใต้เครื่องหมายลอการิทึม ตัวแรกมีจำนวนลบอยู่ในฐาน และตัวที่สามมีจำนวนลบอยู่ใต้เครื่องหมายลอการิทึมและมีหน่วยอยู่ใน ฐาน.

ตอนนี้เรามาพูดถึง กฎสำหรับการอ่านลอการิทึม- Log a b อ่านว่า "ลอการิทึมของ b ถึงฐาน a" ตัวอย่างเช่น บันทึก 2 3 คือลอการิทึมของสามถึงฐาน 2 และเป็นลอการิทึมของสองจุดสองในสามถึงฐาน 2 รากที่สองจากห้า ลอการิทึมฐาน e เรียกว่า ลอการิทึมธรรมชาติและสัญกรณ์ lnb อ่านว่า "ลอการิทึมธรรมชาติของ b" ตัวอย่างเช่น ln7 คือลอการิทึมธรรมชาติของ 7 และเราจะอ่านมันเป็นลอการิทึมธรรมชาติของ pi ลอการิทึมฐาน 10 มีชื่อพิเศษเช่นกัน - ลอการิทึมทศนิยมและ lgb อ่านว่า "ลอการิทึมฐานสิบของ b" ตัวอย่างเช่น lg1 คือลอการิทึมฐานสิบของหนึ่ง และ lg2.75 คือลอการิทึมฐานสิบของสองจุดเจ็ดห้าในร้อย

ควรพิจารณาแยกกันตามเงื่อนไข a>0, a≠1 และ b>0 ซึ่งให้คำจำกัดความของลอการิทึมไว้ ให้เราอธิบายว่าข้อจำกัดเหล่านี้มาจากไหน ความเท่าเทียมกันของรูปแบบที่เรียกว่า ซึ่งตามมาจากคำจำกัดความของลอการิทึมที่ระบุข้างต้นโดยตรง จะช่วยเราทำสิ่งนี้ได้

เริ่มจาก a≠1 กันก่อน เนื่องจากหนึ่งยกกำลังใด ๆ เท่ากับหนึ่ง ความเท่าเทียมกันจึงเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อ b=1 แต่บันทึก 1 1 สามารถเป็นค่าใดก็ได้ เบอร์จริง- เพื่อหลีกเลี่ยงความคลุมเครือนี้ จึงถือว่า a≠1

ให้เราพิสูจน์ความได้เปรียบของเงื่อนไข a>0 ด้วย a=0 ตามนิยามของลอการิทึม เราจะมีความเท่าเทียมกัน ซึ่งเป็นไปได้เฉพาะกับ b=0 เท่านั้น แต่บันทึก 0 0 อาจเป็นจำนวนจริงใดๆ ที่ไม่ใช่ศูนย์ เนื่องจากศูนย์ถึงกำลังใดๆ ที่ไม่ใช่ศูนย์จะเป็นศูนย์ เงื่อนไข a≠0 ช่วยให้เราสามารถหลีกเลี่ยงความคลุมเครือนี้ได้ และเมื่อก<0 нам бы пришлось отказаться от рассмотрения рациональных и иррациональных значений логарифма, так как степень с рациональным и ирตัวบ่งชี้ที่มีเหตุผลกำหนดไว้สำหรับฐานที่ไม่เป็นลบเท่านั้น ดังนั้นเงื่อนไข a>0 จึงเป็นที่ยอมรับ

สุดท้าย เงื่อนไข b>0 ตามมาจากความไม่เท่าเทียมกัน a>0 เนื่องจาก และค่าของกำลังที่มีฐานบวก a จะเป็นค่าบวกเสมอ

เพื่อสรุปประเด็นนี้ สมมติว่าคำจำกัดความที่ระบุของลอการิทึมทำให้คุณสามารถระบุค่าของลอการิทึมได้ทันที เมื่อตัวเลขที่อยู่ใต้เครื่องหมายลอการิทึมเป็นกำลังที่แน่นอนของฐาน จริงๆ แล้ว คำจำกัดความของลอการิทึมช่วยให้เราระบุได้ว่าถ้า b=a p แล้วลอการิทึมของจำนวน b ถึงฐาน a จะเท่ากับ p นั่นคือ บันทึกความเท่าเทียมกัน a a p =p เป็นจริง ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่า 2 3 =8 จากนั้นให้บันทึก 2 8=3 เราจะพูดถึงเรื่องนี้เพิ่มเติมในบทความ

ดังที่คุณทราบ เมื่อคูณนิพจน์ด้วยกำลัง เลขยกกำลังจะรวมกันเสมอ (a b *a c = a b+c) กฎทางคณิตศาสตร์นี้ได้รับมาจากอาร์คิมิดีส และต่อมาในศตวรรษที่ 8 นักคณิตศาสตร์วีราเซนได้สร้างตารางเลขชี้กำลังจำนวนเต็ม พวกเขาเป็นคนที่รับใช้ เปิดเพิ่มเติมลอการิทึม ตัวอย่างการใช้ฟังก์ชันนี้สามารถพบได้เกือบทุกที่ที่คุณต้องการลดความซับซ้อนของการคูณที่ยุ่งยากด้วยการบวกง่ายๆ หากคุณใช้เวลา 10 นาทีในการอ่านบทความนี้ เราจะอธิบายว่าลอการิทึมคืออะไรและจะทำงานร่วมกับลอการิทึมได้อย่างไร ในภาษาที่ง่ายและเข้าถึงได้

ความหมายในวิชาคณิตศาสตร์

ลอการิทึมคือนิพจน์ในรูปแบบต่อไปนี้: log a b=c นั่นคือลอการิทึมของใดๆ จำนวนที่ไม่เป็นลบ(นั่นคือค่าบวกใดๆ ก็ตาม) “b” โดยฐาน “a” ถือเป็นกำลังของ “c” ซึ่งต้องยกฐาน “a” ขึ้นเพื่อให้ได้ค่า “b” ในท้ายที่สุด ลองวิเคราะห์ลอการิทึมโดยใช้ตัวอย่าง สมมติว่ามีบันทึกนิพจน์ 2 8 จะหาคำตอบได้อย่างไร? ง่ายมาก คุณต้องค้นหาเลขยกกำลังตั้งแต่ 2 ถึงเลขยกกำลังที่ต้องการ คุณจะได้ 8 หลังจากคำนวณในหัวแล้ว เราก็ได้เลข 3! และนั่นก็จริง เพราะ 2 ยกกำลัง 3 ให้คำตอบเป็น 8

ประเภทของลอการิทึม

สำหรับนักเรียนและนักเรียนหลายคนหัวข้อนี้ดูซับซ้อนและเข้าใจยาก แต่จริงๆ แล้วลอการิทึมไม่ได้น่ากลัวนัก สิ่งสำคัญคือการเข้าใจความหมายทั่วไปและจดจำคุณสมบัติและกฎบางอย่าง มีสาม แต่ละสายพันธุ์นิพจน์ลอการิทึม:

1. ลอการิทึมธรรมชาติ ln a โดยที่ฐานคือเลขออยเลอร์ (e = 2.7)
2. ทศนิยม a โดยที่ฐานคือ 10
3. ลอการิทึมของจำนวนใดๆ b ถึงฐาน a>1

แต่ละคนมีการตัดสินใจ ในลักษณะมาตรฐานซึ่งรวมถึงการทำให้ง่ายขึ้น การลดลง และการลดลงตามมาเป็นลอการิทึมหนึ่งตัวโดยใช้ทฤษฎีบทลอการิทึม เพื่อให้ได้ค่าลอการิทึมที่ถูกต้องคุณควรจำคุณสมบัติของลอการิทึมและลำดับของการกระทำเมื่อทำการแก้ไข

กฎและข้อจำกัดบางประการ

ในทางคณิตศาสตร์ มีกฎ-ข้อจำกัดหลายประการที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นสัจพจน์ กล่าวคือ กฎเหล่านั้นไม่อยู่ภายใต้การอภิปรายและเป็นความจริง ตัวอย่างเช่น เป็นไปไม่ได้ที่จะหารตัวเลขด้วยศูนย์ และไม่สามารถแยกรากเลขคู่ออกมาได้ ตัวเลขติดลบ- ลอการิทึมยังมีกฎของตัวเอง ซึ่งคุณสามารถเรียนรู้การทำงานได้อย่างง่ายดาย แม้จะมีนิพจน์ลอการิทึมที่ยาวและมีความจุมาก:

• ฐาน "a" จะต้องมากกว่าศูนย์เสมอและไม่เท่ากับ 1 มิฉะนั้นนิพจน์จะสูญเสียความหมายเนื่องจาก "1" และ "0" ในระดับใดก็ตามจะเท่ากับค่าของพวกเขาเสมอ
• ถ้า a > 0 แล้วก็ b >0 ปรากฎว่า “c” ต้องมากกว่าศูนย์ด้วย

วิธีการแก้ลอการิทึม?

ตัวอย่างเช่น มอบหมายงานให้ค้นหาคำตอบของสมการ 10 x = 100 ซึ่งง่ายมาก คุณต้องเลือกยกกำลังโดยเพิ่มเลขสิบที่เราได้ 100 ซึ่งแน่นอนว่าคือ 10 2 = 100.

ทีนี้ลองแสดงนิพจน์นี้ในรูปแบบลอการิทึม เราได้บันทึก 10 100 = 2 เมื่อแก้ลอการิทึม การกระทำทั้งหมดจะมาบรรจบกันจริงเพื่อค้นหาพลังที่จำเป็นในการแนะนำฐานของลอการิทึมเพื่อให้ได้ หมายเลขที่กำหนด.

เพื่อกำหนดมูลค่าได้อย่างแม่นยำ ไม่ทราบระดับคุณต้องเรียนรู้วิธีทำงานกับตารางองศา ดูเหมือนว่านี้:

อย่างที่คุณเห็น เลขยกกำลังบางตัวสามารถเดาได้โดยสังหรณ์ใจ หากคุณมีความคิดทางเทคนิคและความรู้เกี่ยวกับตารางสูตรคูณ อย่างไรก็ตามสำหรับ ค่าขนาดใหญ่คุณจะต้องมีตารางองศา มันสามารถใช้ได้แม้กับผู้ที่ไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับความซับซ้อน หัวข้อทางคณิตศาสตร์- คอลัมน์ด้านซ้ายมีตัวเลข (ฐาน a) แถวบนสุดของตัวเลขคือค่ายกกำลัง c ที่ทำให้ตัวเลข a เพิ่มขึ้น ที่ทางแยก เซลล์จะมีค่าตัวเลขที่เป็นคำตอบ (ac =b) ตัวอย่างเช่น สมมติว่าเซลล์แรกสุดที่มีหมายเลข 10 แล้วยกกำลังสอง เราจะได้ค่า 100 ซึ่งระบุไว้ที่จุดตัดของทั้งสองเซลล์ของเรา ทุกอย่างเรียบง่ายจนแม้แต่นักมนุษยนิยมที่แท้จริงที่สุดก็ยังเข้าใจ!

สมการและอสมการ

ปรากฎว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ เลขชี้กำลังคือลอการิทึม ดังนั้นทางคณิตศาสตร์ใดๆ นิพจน์เชิงตัวเลขสามารถเขียนเป็นสมการลอการิทึมได้ ตัวอย่างเช่น 3 4 =81 สามารถเขียนเป็นลอการิทึมฐาน 3 ของ 81 เท่ากับสี่ (บันทึก 3 81 = 4) สำหรับ พลังเชิงลบกฎเหมือนกัน: 2 -5 = 1/32 เราเขียนเป็นลอการิทึม เราได้บันทึก 2 (1/32) = -5 ส่วนที่น่าสนใจที่สุดส่วนหนึ่งของคณิตศาสตร์คือหัวข้อ "ลอการิทึม" เราจะดูตัวอย่างและคำตอบของสมการด้านล่างทันทีหลังจากศึกษาคุณสมบัติของพวกมัน ตอนนี้เรามาดูกันว่าอสมการมีลักษณะอย่างไรและจะแยกแยะพวกมันออกจากสมการได้อย่างไร

รับนิพจน์ในรูปแบบต่อไปนี้: log 2 (x-1) > 3 - มันคือ อสมการลอการิทึมเนื่องจากค่าที่ไม่รู้จัก "x" อยู่ภายใต้เครื่องหมายของลอการิทึม และในนิพจน์จะมีการเปรียบเทียบปริมาณสองปริมาณ: ลอการิทึมของจำนวนที่ต้องการถึงฐานสองมากกว่าจำนวนสาม

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างสมการลอการิทึมและอสมการคือสมการที่มีลอการิทึม (เช่น ลอการิทึม 2 x = √9) บ่งบอกถึงคำตอบที่เจาะจงตั้งแต่หนึ่งคำตอบขึ้นไป ค่าตัวเลขในขณะที่การแก้ไขความไม่เท่าเทียมถูกกำหนดให้เป็นภูมิภาค ค่าที่ยอมรับได้และจุดพักของฟังก์ชันนี้ ด้วยเหตุนี้ คำตอบจึงไม่ใช่ชุดตัวเลขธรรมดาๆ เหมือนกับในคำตอบของสมการ แต่เป็นชุดมากกว่า ซีรีย์ต่อเนื่องหรือชุดตัวเลข

ทฤษฎีบทพื้นฐานเกี่ยวกับลอการิทึม

เมื่อแก้ไขงานดั้งเดิมในการค้นหาค่าลอการิทึมอาจไม่ทราบคุณสมบัติของมัน อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงสมการลอการิทึมหรืออสมการ ก่อนอื่น จำเป็นต้องเข้าใจอย่างชัดเจนและนำไปใช้ในทางปฏิบัติเกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานทั้งหมดของลอการิทึม เราจะดูตัวอย่างสมการในภายหลัง เรามาดูรายละเอียดคุณสมบัติแต่ละอย่างกันก่อน

1. ข้อมูลประจำตัวหลักมีลักษณะดังนี้: a logaB =B ใช้เฉพาะเมื่อ a มากกว่า 0 ไม่เท่ากับ 1 และ B มากกว่าศูนย์
2. ลอการิทึมของผลิตภัณฑ์สามารถแสดงเป็น สูตรต่อไปนี้: log d (s 1 *s 2) = log d s 1 + log d s 2 ในกรณีนี้ ข้อกำหนดเบื้องต้นคือ: d, s 1 และ s 2 > 0; ก≠1. คุณสามารถพิสูจน์สูตรลอการิทึมนี้พร้อมตัวอย่างและวิธีแก้ได้ ให้บันทึก a s 1 = f 1 และบันทึก a s 2 = f 2 จากนั้น a f1 = s 1, a f2 = s 2 เราจะได้ว่า s 1 * s 2 = a f1 *a f2 = a f1+f2 (คุณสมบัติของ องศา ) จากนั้นตามคำจำกัดความ: log a (s 1 * s 2) = f 1 + f 2 = log a s1 + log a s 2 ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องพิสูจน์
3. ลอการิทึมของผลหารมีลักษณะดังนี้: log a (s 1/ s 2) = log a s 1 - log a s 2
4. ทฤษฎีบทในรูปแบบของสูตรเกิดขึ้น มุมมองถัดไป: บันทึก a q b n = n/q บันทึก a b

สูตรนี้เรียกว่า “คุณสมบัติของระดับลอการิทึม” มันคล้ายกับคุณสมบัติขององศาธรรมดา และไม่น่าแปลกใจเลย เพราะคณิตศาสตร์ทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากสมมุติฐานตามธรรมชาติ มาดูหลักฐานกัน

ให้บันทึก a b = t จะได้ว่า t =b ถ้าเรายกกำลังทั้งสองส่วน m: a tn = bn ;

แต่เนื่องจาก tn = (a q) nt/q = bn ดังนั้น ให้บันทึก a q bn = (n*t)/t จากนั้นให้บันทึก a q bn = n/q บันทึก a b ทฤษฎีบทได้รับการพิสูจน์แล้ว

ตัวอย่างปัญหาและความไม่เท่าเทียมกัน

ประเภทปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในลอการิทึมคือตัวอย่างของสมการและอสมการ พบได้ในหนังสือปัญหาเกือบทั้งหมดและรวมอยู่ในนั้นด้วย ส่วนบังคับข้อสอบคณิตศาสตร์ เพื่อเข้าศึกษาต่อในมหาวิทยาลัยหรือสอบผ่าน การสอบเข้าในวิชาคณิตศาสตร์คุณจำเป็นต้องรู้วิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวอย่างถูกต้อง

น่าเสียดายที่ไม่มีแผนหรือแผนงานเดียวในการแก้ไขและกำหนด ค่าที่ไม่รู้จักไม่มีลอการิทึม แต่คุณสามารถนำไปใช้กับอสมการทางคณิตศาสตร์หรือสมการลอการิทึมทุกรูปแบบได้ กฎบางอย่าง- ก่อนอื่น คุณควรค้นหาว่านิพจน์นั้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นหรือนำไปสู่ได้หรือไม่ ลักษณะทั่วไป- ลดความซับซ้อนของอันยาว นิพจน์ลอการิทึมเป็นไปได้หากคุณใช้คุณสมบัติอย่างถูกต้อง มาทำความรู้จักกับพวกเขาได้อย่างรวดเร็ว

เมื่อตัดสินใจ สมการลอการิทึมเราควรพิจารณาว่าเรามีลอการิทึมประเภทใด: นิพจน์ตัวอย่างอาจมีลอการิทึมธรรมชาติหรือทศนิยม

นี่คือตัวอย่าง ln100, ln1026 วิธีแก้ปัญหาอยู่ที่ว่าต้องระบุกำลังที่ฐาน 10 จะเท่ากับ 100 และ 1,026 ตามลำดับ สำหรับการแก้ปัญหา ลอการิทึมธรรมชาติจำเป็นต้องสมัคร อัตลักษณ์ลอการิทึมหรือคุณสมบัติของพวกเขา ลองดูวิธีแก้ปัญหาพร้อมตัวอย่าง ปัญหาลอการิทึมประเภทต่างๆ

วิธีใช้สูตรลอการิทึม: พร้อมตัวอย่างและวิธีแก้ไข

ลองมาดูตัวอย่างการใช้ทฤษฎีบทพื้นฐานเกี่ยวกับลอการิทึมกัน

1. คุณสมบัติของลอการิทึมของผลิตภัณฑ์สามารถใช้ในงานที่จำเป็นต้องขยายได้ ความสำคัญอย่างยิ่งตัวเลข b เป็นปัจจัยที่ง่ายกว่า เช่น log 2 4 + log 2 128 = log 2 (4*128) = log 2 512 คำตอบคือ 9
2. log 4 8 = log 2 2 2 3 = 3/2 log 2 2 = 1.5 - อย่างที่คุณเห็น การใช้คุณสมบัติที่สี่ของกำลังลอการิทึม เราจัดการเพื่อแก้นิพจน์ที่ดูเหมือนซับซ้อนและแก้ไม่ได้ คุณเพียงแค่ต้องแยกตัวประกอบฐานแล้วนำค่าเลขชี้กำลังออกจากเครื่องหมายของลอการิทึม

งานที่ได้รับมอบหมายจากการสอบ Unified State

ลอการิทึมมักพบใน การสอบเข้าโดยเฉพาะปัญหาลอการิทึมมากมายในการสอบ Unified State ( การสอบของรัฐสำหรับผู้ออกจากโรงเรียนทุกคน) โดยทั่วไปแล้ว งานเหล่านี้ไม่เพียงมีอยู่ในส่วน A (ส่วนทดสอบที่ง่ายที่สุดของการสอบ) แต่ยังอยู่ในส่วน C ด้วย (งานที่ซับซ้อนและใหญ่โตที่สุด) การสอบต้องใช้ความรู้ที่ถูกต้องและครบถ้วนในหัวข้อ “ลอการิทึมธรรมชาติ”

ตัวอย่างและวิธีแก้ปัญหานำมาจากทางการ ตัวเลือกการสอบ Unified State- เรามาดูกันว่างานดังกล่าวจะแก้ไขอย่างไร

ให้บันทึก 2 (2x-1) = 4 วิธีแก้ไข:
ลองเขียนนิพจน์ใหม่ โดยลดความซับซ้อนของลอการิทึมเล็กๆ น้อยๆ 2 (2x-1) = 2 2 โดยนิยามของลอการิทึม เราจะได้ 2x-1 = 2 4 ดังนั้น 2x = 17; x = 8.5

• วิธีที่ดีที่สุดคือลดลอการิทึมทั้งหมดให้เป็นฐานเดียวกันเพื่อไม่ให้โจทย์ยุ่งยากและสับสน
• นิพจน์ทั้งหมดภายใต้เครื่องหมายลอการิทึมจะแสดงเป็นค่าบวก ดังนั้น เมื่อเลขชี้กำลังของนิพจน์ที่อยู่ใต้เครื่องหมายลอการิทึมและเมื่อฐานถูกนำออกมาเป็นตัวคูณ นิพจน์ที่เหลืออยู่ภายใต้ลอการิทึมจะต้องเป็นค่าบวก

1.1. การกำหนดเลขชี้กำลังสำหรับเลขชี้กำลังจำนวนเต็ม

X 1 = X
X 2 = X * X
X 3 = X * X * X
…
X N = X * X * … * X - N ครั้ง

1.2. ระดับศูนย์

โดยคำนิยามก็เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่า ระดับศูนย์จำนวนใด ๆ เท่ากับ 1:

1.3. ระดับลบ

X -N = 1/X N

1.4. พลังเศษส่วน, ราก

X 1/N = N รากของ X

ตัวอย่างเช่น: X 1/2 = √X

1.5. สูตรเพิ่มพลัง

X (N+M) = XN *XM

1.6.สูตรการลบยกกำลัง

X (N-M) = X N /X M

1.7. สูตรคูณพลัง

X N*M = (X N) ม

1.8. สูตรการยกเศษส่วนเป็นยกกำลัง

(X/Y) N = X N /Y N

2. หมายเลข จ.

ค่าของตัวเลข e เท่ากับขีดจำกัดต่อไปนี้:

E = ลิม(1+1/N) โดยที่ N → ∞

ด้วยความแม่นยำ 17 หลัก ตัวเลข e คือ 2.71828182845904512

3. ความเท่าเทียมกันของออยเลอร์

ความเท่าเทียมกันนี้เชื่อมโยงตัวเลขห้าตัวที่มีบทบาทพิเศษในคณิตศาสตร์: 0, 1, e, pi, หน่วยจินตภาพ

อี (i*pi) + 1 = 0

4. ฟังก์ชันเลขชี้กำลัง exp(x)

ประสบการณ์(x) = อีเอ็กซ์

5. อนุพันธ์ของฟังก์ชันเลขชี้กำลัง

ฟังก์ชันเลขชี้กำลังมี คุณสมบัติที่โดดเด่น: อนุพันธ์ของฟังก์ชันเท่ากับฟังก์ชันเลขชี้กำลังนั่นเอง:

(ประสบการณ์(x))" = ประสบการณ์(x)

6. ลอการิทึม.

6.1. คำจำกัดความของฟังก์ชันลอการิทึม

ถ้า x = b y ลอการิทึมก็คือฟังก์ชัน

Y = บันทึก ข(x)

ลอการิทึมแสดงให้เห็นว่าตัวเลขต้องยกกำลังเท่าใด - ฐานของลอการิทึม (b) เพื่อให้ได้ตัวเลขที่กำหนด (X) ฟังก์ชันลอการิทึมถูกกำหนดไว้สำหรับ X ที่มากกว่าศูนย์

ตัวอย่างเช่น: บันทึก 10 (100) = 2

6.2. ลอการิทึมทศนิยม

นี่คือลอการิทึมของฐาน 10:

Y = บันทึก 10 (x) .

แสดงโดย Log(x): Log(x) = Log 10 (x)

ตัวอย่างการใช้งาน ลอการิทึมทศนิยม- เดซิเบล

6.3. เดซิเบล

รายการจะถูกเน้นในหน้าเดซิเบลแยกต่างหาก

6.4. ลอการิทึมไบนารี

นี่คือลอการิทึมฐาน 2:

Y = บันทึก 2 (x)

เขียนแทนด้วย Lg(x): Lg(x) = Log 2 (X)

6.5. ลอการิทึมธรรมชาติ

นี่คือลอการิทึมของฐาน e:

Y = บันทึก อี (x) .

เขียนแทนด้วย Ln(x): Ln(x) = Log e (X)
ลอการิทึมธรรมชาติ - ฟังก์ชันผกผันเพื่อเอ็กซ์โปเนนเชียล ประสบการณ์ฟังก์ชั่น(เอ็กซ์)

6.6. จุดลักษณะ

โลกา(1) = 0
บันทึก a (a) = 1

6.7. สูตรลอการิทึมผลิตภัณฑ์

บันทึก a (x*y) = บันทึก a (x)+บันทึก a (y)

6.8. สูตรลอการิทึมของผลหาร

บันทึก a (x/y) = บันทึก a (x)-บันทึก a (y)

6.9. ลอการิทึมของสูตรยกกำลัง

บันทึก a (x y) = y*บันทึก a (x)

6.10. สูตรการแปลงเป็นลอการิทึมที่มีฐานต่างกัน

บันทึก b (x) = (บันทึก a (x))/บันทึก a (b)

ตัวอย่าง:

บันทึก 2 (8) = บันทึก 10 (8)/บันทึก 10 (2) =
0.903089986991943552 / 0.301029995663981184 = 3

7. สูตรที่เป็นประโยชน์ในชีวิต

มักมีปัญหาในการแปลงปริมาตรเป็นพื้นที่หรือความยาวและ ปัญหาผกผัน- การแปลงพื้นที่เป็นปริมาตร เช่น ขายกระดานเป็นลูกบาศก์เมตร (ลูกบาศก์เมตร) และเราต้องคำนวณว่ากระดานที่บรรจุอยู่จะครอบคลุมพื้นที่ผนังได้เท่าใด ปริมาณหนึ่งดูการคำนวณบอร์ด, จำนวนบอร์ดในลูกบาศก์ หรือหากทราบขนาดผนังต้องคำนวณจำนวนอิฐดูการคำนวณอิฐ

อนุญาตให้ใช้เนื้อหาของไซต์โดยมีการติดตั้งลิงก์ที่ใช้งานไปยังแหล่งที่มา

ในความสัมพันธ์กับ

สามารถกำหนดภารกิจในการค้นหาตัวเลขทั้งสามตัวจากอีกสองตัวที่กำหนดได้ ถ้าให้ a และ N ไว้ จะหาได้โดยการยกกำลัง ถ้า N และ a ถูกกำหนดโดยการหารากของดีกรี x (หรือยกกำลัง) ทีนี้ ลองพิจารณากรณีที่ เมื่อให้ a และ N เราต้องค้นหา x

ให้จำนวน N เป็นบวก: จำนวน a เป็นบวกและไม่เท่ากับหนึ่ง:

คำนิยาม. ลอการิทึมของเลข N ถึงฐาน a คือเลขชี้กำลังที่ต้องยก a เพื่อให้ได้เลข N ลอการิทึมเขียนแทนด้วย

ดังนั้น ในความเท่าเทียมกัน (26.1) เลขชี้กำลังจึงถูกพบเป็นลอการิทึมของ N ถึงฐาน a กระทู้

มี ความหมายเดียวกัน- ความเท่าเทียมกัน (26.1) บางครั้งเรียกว่าเอกลักษณ์หลักของทฤษฎีลอการิทึม ในความเป็นจริงมันเป็นการแสดงออกถึงคำจำกัดความของแนวคิดเรื่องลอการิทึม โดย คำจำกัดความนี้ฐานของลอการิทึม a จะเป็นค่าบวกเสมอและแตกต่างจากความสามัคคี เลขลอการิทึม N เป็นบวก จำนวนลบและศูนย์ไม่มีลอการิทึม สามารถพิสูจน์ได้ว่าตัวเลขใดๆ ที่มีฐานที่กำหนดมีลอการิทึมที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ความเท่าเทียมกันจึงบังเกิด โปรดทราบว่าเงื่อนไขสำคัญที่นี่คือ มิฉะนั้นข้อสรุปจะไม่ได้รับการพิสูจน์เนื่องจากความเท่าเทียมกันเป็นจริงสำหรับค่าใด ๆ ของ x และ y

ตัวอย่างที่ 1 ค้นหา

สารละลาย. การจะได้เลขต้องยกฐาน 2 ขึ้นยกกำลัง ดังนั้น

คุณสามารถจดบันทึกเมื่อแก้ไขตัวอย่างดังกล่าวในรูปแบบต่อไปนี้:

ตัวอย่างที่ 2. ค้นหา

สารละลาย. เรามี

ในตัวอย่างที่ 1 และ 2 เราพบลอการิทึมที่ต้องการได้อย่างง่ายดายโดยการแสดงเลขลอการิทึมเป็นกำลังของฐานพร้อมเลขชี้กำลังที่เป็นตรรกยะ ใน กรณีทั่วไปตัวอย่างเช่น ฯลฯ นี้ไม่สามารถทำได้ เนื่องจากลอการิทึมมี ความหมายที่ไม่ลงตัว- ให้เราใส่ใจกับประเด็นหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับคำชี้แจงนี้ ในย่อหน้าที่ 12 เราได้ให้แนวคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการกำหนดระดับที่แท้จริงของค่าที่กำหนด จำนวนบวก- นี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแนะนำลอการิทึม ซึ่งโดยทั่วไปแล้วอาจเป็นจำนวนอตรรกยะได้

ลองดูคุณสมบัติบางอย่างของลอการิทึม

คุณสมบัติ 1 ถ้าตัวเลขและฐานเท่ากัน แสดงว่าลอการิทึม เท่ากับหนึ่งและในทางกลับกัน ถ้าลอการิทึมเท่ากับ 1 จำนวนและฐานก็จะเท่ากัน

การพิสูจน์. อนุญาต ตามคำจำกัดความของลอการิทึมที่เรามีและที่ไหน

ในทางกลับกัน ให้ จากนั้น ตามคำนิยาม

คุณสมบัติ 2 ลอการิทึมของหนึ่งถึงฐานใดๆ เท่ากับศูนย์

การพิสูจน์. ตามคำจำกัดความของลอการิทึม (กำลังศูนย์ของฐานบวกใดๆ เท่ากับ 1 ดู (10.1)) จากที่นี่

Q.E.D.

ข้อความสนทนาก็เป็นจริงเช่นกัน: ถ้า แล้ว N = 1 อันที่จริง เรามี

ก่อนที่จะกำหนดคุณสมบัติถัดไปของลอการิทึม ให้เราตกลงที่จะบอกว่าตัวเลข a และ b สองตัวอยู่บนด้านเดียวกันของเลขตัวที่สาม c ถ้าทั้งสองมีค่ามากกว่า c หรือน้อยกว่า c ถ้าตัวเลขตัวใดตัวหนึ่งมากกว่า c และอีกตัวน้อยกว่า c เราจะบอกว่าพวกมันเข้ากันได้ ด้านที่แตกต่างกันจากหมู่บ้าน

คุณสมบัติ 3 ถ้าตัวเลขและฐานอยู่ด้านเดียวกัน ลอการิทึมจะเป็นค่าบวก ถ้าตัวเลขและฐานอยู่ตรงข้ามกัน ลอการิทึมจะเป็นลบ

การพิสูจน์คุณสมบัติ 3 ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่ากำลังของ a มากกว่า 1 ถ้าฐานมากกว่า 1 และเลขชี้กำลังเป็นบวก หรือฐานน้อยกว่า 1 และเลขชี้กำลังเป็นลบ กำลังจะน้อยกว่า 1 ถ้าฐานมากกว่า 1 และเลขชี้กำลังเป็นลบ หรือฐานน้อยกว่า 1 และเลขชี้กำลังเป็นบวก

มีสี่กรณีที่ต้องพิจารณา:

เราจะจำกัดตัวเองให้วิเคราะห์สิ่งแรก ผู้อ่านจะพิจารณาส่วนที่เหลือด้วยตัวเอง

ปล่อยให้ในความเท่าเทียมกัน เลขชี้กำลังไม่สามารถเป็นทั้งลบหรือได้ เท่ากับศูนย์ดังนั้นจึงเป็นบวก กล่าวคือ ตามที่จำเป็นต้องพิสูจน์

ตัวอย่างที่ 3 ค้นหาว่าลอการิทึมใดด้านล่างนี้เป็นค่าบวกและค่าใดเป็นค่าลบ:

วิธีแก้ปัญหา ก) เนื่องจากเลข 15 และฐาน 12 อยู่ด้านเดียวกันของเลขหนึ่ง

b) เนื่องจาก 1,000 และ 2 อยู่ที่ด้านหนึ่งของยูนิต ในกรณีนี้ ฐานจะมากกว่าเลขลอการิทึมไม่สำคัญ

c) เนื่องจาก 3.1 และ 0.8 อยู่ฝั่งตรงข้ามของความสามัคคี

ช) ; ทำไม

ง) ; ทำไม

คุณสมบัติ 4-6 ต่อไปนี้มักเรียกว่ากฎของลอการิทึม: คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ทราบลอการิทึมของตัวเลขบางตัวเพื่อค้นหาลอการิทึมของผลิตภัณฑ์ ผลหาร และดีกรีของแต่ละตัว

คุณสมบัติ 4 (กฎลอการิทึมผลคูณ) ลอการิทึมของผลิตภัณฑ์ของจำนวนบวกหลายจำนวนโดย พื้นฐานนี้ เท่ากับผลรวมลอการิทึมของตัวเลขเหล่านี้ให้เป็นฐานเดียวกัน

การพิสูจน์. ให้ตัวเลขที่ให้มาเป็นบวก

สำหรับลอการิทึมของผลิตภัณฑ์ เราจะเขียนความเท่าเทียมกัน (26.1) ซึ่งกำหนดลอการิทึม:

จากนี้เราจะพบกับ

การเปรียบเทียบเลขชี้กำลังของตัวแรกและ สำนวนสุดท้ายเราได้รับความเท่าเทียมกันที่ต้องการ:

โปรดทราบว่าเงื่อนไขเป็นสิ่งจำเป็น ลอการิทึมของผลคูณของจำนวนลบสองตัวนั้นสมเหตุสมผล แต่ในกรณีนี้เราเข้าใจแล้ว

โดยทั่วไปหากผลคูณของปัจจัยหลายประการเป็นบวก ลอการิทึมของมันจะเท่ากับผลรวมของลอการิทึมของค่าสัมบูรณ์ของปัจจัยเหล่านี้

คุณสมบัติ 5 (กฎสำหรับการรับลอการิทึมของผลหาร) ลอการิทึมของผลหารของจำนวนบวกเท่ากับผลต่างระหว่างลอการิทึมของเงินปันผลและตัวหารที่นำมาจากฐานเดียวกัน การพิสูจน์. เราก็หามาเรื่อยๆ

Q.E.D.

คุณสมบัติ 6 (กฎลอการิทึมกำลัง) ลอการิทึมของกำลังของจำนวนบวกบางจำนวน เท่ากับลอการิทึมจำนวนนี้คูณด้วยเลขชี้กำลัง

การพิสูจน์. ให้เราเขียนเอกลักษณ์หลัก (26.1) อีกครั้งสำหรับตัวเลข:

Q.E.D.

ผลที่ตามมา ลอการิทึมของรากของจำนวนบวกเท่ากับลอการิทึมของรากหารด้วยเลขชี้กำลังของราก:

ความถูกต้องของข้อพิสูจน์นี้สามารถพิสูจน์ได้ด้วยการจินตนาการถึงวิธีการและการใช้คุณสมบัติ 6

ตัวอย่างที่ 4 นำลอการิทึมมาเป็นฐาน:

ก) (สันนิษฐานว่าค่าทั้งหมด b, c, d, e เป็นบวก)

b) (สันนิษฐานว่า )

วิธีแก้ไข ก) การเดินทางสะดวก การแสดงออกนี้ยกกำลังเศษส่วน:

จากความเท่าเทียมกัน (26.5)-(26.7) เราสามารถเขียนได้:

เราสังเกตเห็นว่าการดำเนินการกับลอการิทึมของตัวเลขง่ายกว่าการดำเนินการกับตัวเลขเอง: เมื่อคูณตัวเลข ลอการิทึมของพวกมันจะถูกบวก เมื่อหาร พวกมันจะถูกลบ ฯลฯ

นั่นคือเหตุผลที่ใช้ลอการิทึมในการฝึกคำนวณ (ดูย่อหน้าที่ 29)

การกระทำผกผันของลอการิทึมเรียกว่าศักยภาพ กล่าวคือ ศักยภาพคือการกระทำที่ใช้ค้นหาตัวเลขจากลอการิทึมที่กำหนดของตัวเลข โดยพื้นฐานแล้ว ศักยภาพไม่ใช่การกระทำพิเศษใดๆ มันขึ้นอยู่กับการยกระดับฐานอำนาจ ( เท่ากับลอการิทึมตัวเลข) คำว่า "ศักยภาพ" ถือได้ว่ามีความหมายเหมือนกันกับคำว่า "การยกกำลัง"

เมื่อเพิ่มศักยภาพ คุณต้องใช้กฎที่ผกผันกับกฎของลอการิทึม: แทนที่ผลรวมของลอการิทึมด้วยลอการิทึมของผลิตภัณฑ์ ผลต่างของลอการิทึมด้วยลอการิทึมของผลหาร ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีปัจจัยอยู่ข้างหน้า ของเครื่องหมายของลอการิทึม จากนั้นในระหว่างการโพเทนเชียลจะต้องถ่ายโอนไปยังองศาเลขชี้กำลังภายใต้เครื่องหมายของลอการิทึม

ตัวอย่างที่ 5 ค้นหา N หากทราบสิ่งนั้น

สารละลาย. ในการเชื่อมต่อกับกฎศักยภาพที่ระบุไว้ เราจะถ่ายโอนปัจจัย 2/3 และ 1/3 ที่ยืนอยู่หน้าเครื่องหมายลอการิทึมทางด้านขวาของความเท่าเทียมกันนี้ไปเป็นเลขชี้กำลังภายใต้เครื่องหมายของลอการิทึมเหล่านี้ เราได้รับ

ตอนนี้เราแทนที่ผลต่างของลอการิทึมด้วยลอการิทึมของผลหาร:

เพื่อให้ได้เศษส่วนสุดท้ายของห่วงโซ่ความเท่าเทียมกันนี้ เราได้ปล่อยเศษส่วนก่อนหน้าออกจากความไม่ลงตัวในตัวส่วน (ข้อ 25)

คุณสมบัติที่ 7. ถ้าฐานมีมากกว่าหนึ่งแล้ว จำนวนที่มากขึ้นมีลอการิทึมที่ใหญ่กว่า (และจำนวนที่น้อยกว่าก็จะมีลอการิทึมที่น้อยกว่า) ถ้าฐานน้อยกว่าหนึ่ง จำนวนที่มากกว่าก็จะมีลอการิทึมที่น้อยกว่า (และจำนวนที่น้อยกว่าก็จะมีลอการิทึมที่ใหญ่กว่า)

คุณสมบัตินี้ยังถูกกำหนดให้เป็นกฎสำหรับการหาลอการิทึมของอสมการ ซึ่งทั้งสองด้านเป็นบวก:

เมื่อนำลอการิทึมของอสมการมาเป็นฐาน มากกว่าหนึ่งเครื่องหมายของความไม่เท่าเทียมกันจะคงอยู่ และเมื่อลอการิทึมเป็นฐานที่น้อยกว่า 1 เครื่องหมายของความไม่เท่าเทียมกันจะเปลี่ยนเป็นตรงกันข้าม (ดูย่อหน้าที่ 80 ด้วย)

การพิสูจน์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ 5 และ 3 พิจารณากรณีเมื่อ ถ้า แล้ว และ เมื่อรับลอการิทึม เราได้

(a และ N/M อยู่บนด้านเดียวกันของความสามัคคี) จากที่นี่

กรณีต่อไปนี้ผู้อ่านจะคิดออกเอง