На данном уроке мы повторим основные теоретические факты о логарифмах и рассмотрим решение простейших логарифмических уравнений.
Напомним центральное определение - определение логарифма. Оно связано с решением показательного уравнения . Данное уравнение имеет единственный корень, его называют логарифмом b по основанию а:
Определение:
Логарифмом числа b по основанию а называется такой показатель степени, в которую нужно возвести основание а, чтобы получить число b.
Напомним основное логарифмическое тождество .
Выражение (выражение 1) является корнем уравнения (выражение 2). Подставим значение х из выражения 1 вместо х в выражение 2 и получим основное логарифмическое тождество:
Итак мы видим, что каждому значению ставится в соответствие значение . Обозначим b за х (), с за у, и таким образом получаем логарифмическую функцию:
Например: 
Вспомним основные свойства логарифмической функции.
Еще раз обратим внимание, здесь , т. к. под логарифмом может стоять строго положительное выражение, как основание логарифма.
Рис. 1. График логарифмической функции при различных основаниях
График функции при изображен черным цветом. Рис. 1. Если аргумент возрастает от нуля до бесконечности, функция возрастает от минус до плюс бесконечности.
График функции при изображен красным цветом. Рис. 1.
Свойства данной функции:
Область определения: ;
Область значений: ;
Функция монотонна на всей своей области определения. При монотонно (строго) возрастает, большему значению аргумента соответствует большее значение функции. При монотонно (строго) убывает, большему значению аргумента соответствует меньшее значение функции.
Свойства логарифмической функции являются ключом к решению разнообразных логарифмических уравнений.
Рассмотрим простейшее логарифмическое уравнение, все остальные логарифмические уравнения, как правило, сводятся к такому виду.
Поскольку равны основания логарифмов и сами логарифмы, равны и функции, стоящие под логарифмом, но мы должны не упустить область определения. Под логарифмом может стоять только положительное число, имеем:
Мы выяснили, что функции f и g равны, поэтому достаточно выбрать одно любое неравенство чтобы соблюсти ОДЗ.
Таким образом, мы получили смешанную систему, в которой есть уравнение и неравенство:
Неравенство, как правило, решать необязательно, достаточно решить уравнение и найденные корни подставить в неравенство, таким образом выполнить проверку.
Сформулируем метод решения простейших логарифмических уравнений:
Уравнять основания логарифмов;
Приравнять подлогарифмические функции;
Выполнить проверку.
Рассмотрим конкретные примеры.
Пример 1 - решить уравнение:
Основания логарифмов изначально равны, имеем право приравнять подлогарифмические выражения, не забываем про ОДЗ, выберем для составления неравенства первый логарифм:
Пример 2 - решить уравнение:
Данное уравнение отличается от предыдущего тем, что основания логарифмов меньше единицы, но это никак не влияет на решение:
Найдем корень и подставим его в неравенство:
Получили неверное неравенство, значит, найденный корень не удовлетворяет ОДЗ.
Пример 3 - решить уравнение:
Основания логарифмов изначально равны, имеем право приравнять подлогарифмические выражения, не забываем про ОДЗ, выберем для составления неравенства второй логарифм:
Найдем корень и подставим его в неравенство:
Очевидно, что только первый корень удовлетворяет ОДЗ.
Логарифмические уравнения. Продолжаем рассматривать задачи из части В ЕГЭ по математике. Мы с вами уже рассмотрели решения некоторых уравнений в статьях « » , « » . В этой статье рассмотрим логарифмические уравнения. Сразу скажу, что никаких сложных преобразований при решении таких уравнений на ЕГЭ не будет. Они просты.
Достаточно знать и понимать основное логарифмическое тождество, знать свойства логарифма. Обратите внимание на то, то после решения ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно сделать проверку — подставить полученное значение в исходное уравнение и вычислить, в итоге должно получиться верное равенство.
Определение :
Логарифмом числа a по основанию b называется показатель степени, в который нужно возвести b, чтобы получить a.
Например:
Log 3 9 = 2, так как 3 2 = 9
Свойства логарифмов:
Частные случаи логарифмов:
Решим задачи. В первом примере мы сделаем проверку. В последующих проверку сделайте самостоятельно.
Найдите корень уравнения: log 3 (4–x) = 4
Так как log b a = x b x = a, то
3 4 = 4 – x
x = 4 – 81
x = – 77
Проверка:
log 3 (4–(–77)) = 4
log 3 81 = 4
3 4 = 81 Верно.
Ответ: – 77
Решите самостоятельно:
Найдите корень уравнения: log 2 (4 – x) = 7
Найдите корень уравнения log 5 (4 + x) = 2
Используем основное логарифмическое тождество.
Так как log a b = x b x = a, то
5 2 = 4 + x
x =5 2 – 4
x = 21
Проверка:
log 5 (4 + 21) = 2
log 5 25 = 2
5 2 = 25 Верно.
Ответ: 21
Найдите корень уравнения log 3 (14 – x) = log 3 5.
Имеет место следующее свойство, смысл его таков: если в левой и правой частях уравнения имеем логарифмы с одинаковым основанием, то можем приравнять выражения, стоящие под знаками логарифмов.
14 – x = 5
x = 9
Сделайте проверку.
Ответ: 9
Решите самостоятельно:
Найдите корень уравнения log 5 (5 – x) = log 5 3.
Найдите корень уравнения: log 4 (x + 3) = log 4 (4x – 15).
Если log c a = log c b, то a = b
x + 3 = 4x – 15
3x = 18
x = 6
Сделайте проверку.
Ответ: 6
Найдите корень уравнения log 1/8 (13 – x) = – 2.
(1/8) –2 = 13 – x
8 2 = 13 – x
x = 13 – 64
x = – 51
Сделайте проверку.
Небольшое дополнение – здесь используется свойство
степени ().
Ответ: – 51
Решите самостоятельно:
Найдите корень уравнения: log 1/7 (7 – x) = – 2
Найдите корень уравнения log 2 (4 – x) = 2 log 2 5.
Преобразуем правую часть. воспользуемся свойством:
log a b m = m∙log a b
log 2 (4 – x) = log 2 5 2
Если log c a = log c b, то a = b
4 – x = 5 2
4 – x = 25
x = – 21
Сделайте проверку.
Ответ: – 21
Решите самостоятельно:
Найдите корень уравнения: log 5 (5 – x) = 2 log 5 3
Решите уравнение log 5 (x 2 + 4x) = log 5 (x 2 + 11)
Если log c a = log c b, то a = b
x 2 + 4x = x 2 + 11
4x = 11
x = 2,75
Сделайте проверку.
Ответ: 2,75
Решите самостоятельно:
Найдите корень уравнения log 5 (x 2 + x) = log 5 (x 2 + 10).
Решите уравнение log 2 (2 – x) = log 2 (2 – 3x) +1.
Необходимо с правой стороны уравнения получить выражение вида:
log 2 (......)
Представляем 1 как логарифм с основанием 2:
1 = log 2 2
log с (ab) = log с a + log с b
log 2 (2 – x) = log 2 (2 – 3x) + log 2 2
Получаем:
log 2 (2 – x) = log 2 2 (2 – 3x)
Если log c a = log c b, то a = b, значит
2 – x = 4 – 6x
5x = 2
x = 0,4
Сделайте проверку.
Ответ: 0,4
Решите самостоятельно: Далее необходимо решить квадратное уравнение. Кстати,
корни равны 6 и – 4.
Корень "– 4" не является решением, так как основание логарифма должно быть больше нуля, а при " – 4" оно равно « – 5». Решением является корень 6. Сделайте проверку.
Ответ: 6.
Решите самостоятельно:
Решите уравнение log x –5 49 = 2. Если уравнение имеет более одного корня, в ответе укажите меньший из них.
Как вы убедились, никаких сложных преобразований с логарифмическими уравнениями нет. Достаточно знать свойства логарифма и уметь применять их. В задачах ЕГЭ, связанных с преобразованием логарифмических выражений, выполняются более серьёзные преобразования и требуются более глубокие навыки в решении. Такие примеры мы рассмотрим, не пропустите! Успехов вам!!!
С уважением, Александр Крутицких.
P.S: Буду благодарен Вам, если расскажете о сайте в социальных сетях.
Математика – это больше чем наука , это язык науки.
Датский физик, общественный деятель Нильс Бор
Логарифмические уравнения
К числу типовых задач , предлагаемых на вступительных (конкурсных) испытаниях , являются задачи , связанные с решением логарифмических уравнений. Для успешного решения таких задач необходимо хорошо знать свойства логарифмов и иметь навыки их применения.
В настоящей статье сначала приводятся основные понятия и свойства логарифмов , а затем рассматриваются примеры решения логарифмических уравнений.
Основные понятия и свойства
Первоначально приведем основные свойства логарифмов , использование которых позволяет успешно решать относительно сложные логарифмические уравнения.
Основное логарифмическое тождество записывается в виде
, (1)
К числу наиболее известных свойств логарифмов относятся следующие равенства:
1. Если , , и , то , ,
2. Если , , , и , то .
3. Если , , и , то .
4. Если , , и натуральное число , то
5. Если , , и натуральное число , то
6. Если , , и , то .
7. Если , , и , то .
Более сложные свойства логарифмов формулируются посредством следующих утверждений:
8. Если , , , и , то
9. Если , , и , то
10. Если , , , и , то
Доказательство последних двух свойств логарифмов приведено в учебном пособии автора «Математика для старшеклассников: дополнительные разделы школьной математики» (М.: Ленанд / URSS , 2014).
Также следует отметить , что функция является возрастающей , если , и убывающей , если .
Рассмотрим примеры задач на решение логарифмических уравнений , расположенных в порядке возрастания их сложности.
Примеры решения задач
Пример 1 . Решить уравнение
. (2)
Решение. Из уравнения (2) имеем . Преобразуем уравнение следующим образом: , или .
Так как , то корнем уравнения (2) является .
Ответ: .
Пример 2 . Решить уравнение
Решение. Уравнение (3) равносильно уравнениям
Или .
Отсюда получаем .
Ответ: .
Пример 3 . Решить уравнение
Решение. Из уравнения (4) следует , что . Используя основное логарифмическое тождество (1) , можно записать
или .
Если положить , то отсюда получаем квадратное уравнение , которое имеет два корня и . Однако , поэтому и подходящим корнем уравнения является лишь . Так как , то или .
Ответ: .
Пример 4 . Решить уравнение
Решение. Областью допустимых значений переменной в уравнении (5) являются .
Пусть и . Так как функция на области определения является убывающей , а функция возрастает на всей числовой оси , то уравнение не может иметь более одного корня.
Подбором находим единственный корень .
Ответ: .
Пример 5 . Решить уравнение .
Решение. Если обе части уравнения прологарифмировать по основанию 10, то
Или .
Решая квадратное уравнение относительно , получаем и . Следовательно, здесь имеем и .
Ответ: , .
Пример 6 . Решить уравнение
. (6)
Решение. Воспользуется тождеством (1) и преобразуем уравнение (6) следующим образом:
Или .
Ответ: , .
Пример 7 . Решить уравнение
. (7)
Решение. Принимая во внимание свойство 9, имеем . В этой связи уравнение (7) принимает вид
Отсюда получаем или .
Ответ: .
Пример 8 . Решить уравнение
. (8)
Решение. Воспользуемся свойством 9 и перепишем уравнение (8) в равносильном виде .
Если затем обозначить , то получим квадратное уравнение , где . Так как уравнение имеет только один положительный корень , то или . Отсюда следует .
Ответ: .
Пример 9 . Решить уравнение
. (9)
Решение. Так как из уравнения (9) следует , то здесь . Согласно свойству 10 , можно записать .
В этой связи уравнение (9) будет равносильно уравнениям
Или .
Отсюда получаем корень уравнения (9).
Пример 10 . Решить уравнение
. (10)
Решение. Областью допустимых значений переменной в уравнении (10) являются . Согласно свойству 4 здесь имеем
. (11)
Так как , то и уравнение (11) принимает вид квадратного уравнения , где . Корнями квадратного уравнения являются и .
Поскольку , то и . Отсюда получаем и .
Ответ: , .
Пример 11 . Решить уравнение
. (12)
Решение. Обозначим , тогда и уравнение (12) принимает вид
Или
. (13)
Нетрудно видеть, что корнем уравнения (13) является . Покажем, что данное уравнение других корней не имеет. Для этого разделим обе его части на и получим равносильное уравнение
. (14)
Так как функция является убывающей, а функция возрастающей на всей числовой оси , то уравнение (14) не может иметь более одного корня. Так как уравнения (13) и (14) равносильные, то уравнение (13) имеет единственный корень .
Поскольку , то и .
Ответ: .
Пример 12 . Решить уравнение
. (15)
Решение. Обозначим и . Так как функция убывает на области определения , а функция является возрастающей для любых значений , то уравнение не может иметь боде одного корня. Непосредственным подбором устанавливаем, что искомым корнем уравнения (15) является .
Ответ: .
Пример 13 . Решить уравнение
. (16)
Решение. Используя свойства логарифмов, получаем
Так как , то и имеем неравенство
Полученное неравенство совпадает с уравнением (16) только в том случае, когда или .
Подстановкой значения в уравнение (16) убеждаемся в том , что является его корнем.
Ответ: .
Пример 14 . Решить уравнение
. (17)
Решение. Так как здесь , то и уравнение (17) принимает вид .
Если положить , то отсюда получаем уравнение
, (18)
где . Из уравнения (18) следует: или . Так как , то уравнение имеет один подходящий корень . Однако , поэтому и .
Пример 15 . Решить уравнение
. (19)
Решение. Обозначим , тогда и уравнение (19) принимает вид . Если данное уравнение прологарифмировать по основанию 3, то получим
Или
Отсюда следует, что и . Поскольку , то и . В этой связи и .
Ответ: , .
Пример 16 . Решить уравнение
. (20)
Решение . Введем параметр и перепишем уравнение (20) в виде квадратного уравнения относительно параметра , т.е.
. (21)
Корнями уравнения (21) являются
или , . Так как , то имеем уравнения и . Отсюда получаем и .
Ответ: , .
Пример 17 . Решить уравнение
. (22)
Решение. Для установления области определения переменной в уравнении (22) необходимо рассмотреть совокупность трех неравенств: , и .
Применяя свойство 2 , из уравнения (22) получаем
Или
. (23)
Если в уравнении (23) положить , то получим уравнение
. (24)
Уравнение (24) будем решать следующим образом:
Или
Отсюда следует, что и , т.е. уравнение (24) имеет два корня: и .
Так как , то , или , .
Ответ: , .
Пример 18 . Решить уравнение
. (25)
Решение. Используя свойства логарифмов, преобразуем уравнение (25) следующим образом:
, , .
Отсюда получаем .
Пример 19 . Решить уравнение
. (26)
Решение. Так как , то .
Далее , имеем . Следовательно , равенство (26) выполняется только в том случае , когда обе части уравнения одновременно равны 2.
Таким образом , уравнение (26) равносильно системе уравнений
Из второго уравнения системы получаем
Или .
Нетрудно убедиться , что значение удовлетворяет также и первому уравнению системы.
Ответ: .
Для более глубокого изучения методов решения логарифмических уравнений можно обратиться к учебным пособиям из списка рекомендуемой литературы.
1. Кушнир А.И. Шедевры школьной математики (задачи и решения в двух книгах). – Киев: Астарта , книга 1 , 1995. – 576 с.
2. Сборник задач по математике для поступающих во втузы / Под ред. М.И. Сканави. – М.: Мир и Образование , 2013. – 608 с.
3. Супрун В.П. Математика для старшеклассников: дополнительные разделы школьной программы. – М.: Ленанд / URSS , 2014. – 216 с.
4. Супрун В.П. Математика для старшеклассников: задачи повышенной сложности. – М.: КД «Либроком» / URSS , 2017. – 200 с.
5. Супрун В.П. Математика для старшеклассников: нестандартные методы решения задач. – М.: КД «Либроком» / URSS , 2017. – 296 с.
Остались вопросы?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Логарифмическим уравнениям и неравенствам в вариантах ЕГЭ по математике посвящена задача C3 . Научиться решать задания C3 из ЕГЭ по математике должен каждый ученик, если он хочет сдать предстоящий экзамен на «хорошо» или «отлично». В данной статье представлен краткий обзор часто встречающихся логарифмических уравнений и неравенств, а также основных методов их решения.
Итак, разберем сегодня несколько примеров логарифмических уравнений и неравенств , которые предлагались учащимся в вариантах ЕГЭ по математике прошлых лет. Но начнет с краткого изложение основных теоретических моментов, которые нам понадобятся для их решения.
Логарифмическая функция
Определение
Функцию вида
0,\, a\ne 1 \]" title="Rendered by QuickLaTeX.com">
называют логарифмической функцией .
Основные свойства
Основные свойства логарифмической функции y = log a x :
Графиком логарифмической функции является логарифмическая кривая :
Свойства логарифмов
Логарифм произведения двух положительных чисел равен сумме логарифмов этих чисел:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Логарифм частного двух положительных чисел равен разности логарифмов этих чисел:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Если a и b a ≠ 1, то для любого числа r справедливо равенство :
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Равенство log a t = log a s , где a > 0, a ≠ 1, t > 0, s > 0, справедливо тогда и только тогда, когда t = s.
Если a , b , c — положительные числа, причем a и c отличны от единицы, то имеет место равенство (формула перехода к новому основанию логарифма ):
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Теорема 1. Если f (x ) > 0 и g (x ) > 0, то логарифмическое уравнение log a f (x ) = log a g (x ) (где a > 0, a ≠ 1) равносильно уравнению f (x ) = g (x ).
Решение логарифмических уравнений и неравенств
Пример 1. Решите уравнение:
Решение. В область допустимых значений входят только те x , при которых выражение, находящееся под знаком логарифма, больше нуля. Эти значения определяются следующей системой неравенств:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
С учетом того, что
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
получаем промежуток, определяющий область допустимых значений данного логарифмического уравнения:
На основании теоремы 1, все условия которой здесь выполнены, переходим к следующему равносильному квадратичному уравнению:
В область допустимых значений входит только первый корень.
Ответ: x = 7.
Пример 2. Решите уравнение:
Решение. Область допустимых значений уравнения определяется системой неравенств:
ql-right-eqno">
Решение. Область допустимых значений уравнения определяется здесь легко: x > 0.
Используем подстановку:
Уравнение принимает вид:
Обратная подстановка:
Оба ответа входят в область допустимых значений уравнения, поскольку являются положительными числами.
Пример 4. Решите уравнение:
Решение. Вновь начнем решение с определения области допустимых значений уравнения. Она определяется следующей системой неравенств:
ql-right-eqno">
Основания логарифмов одинаковы, поэтому в области допустимых значений можно перейти к следующему квадратному уравнению:
Первый корень не входит в область допустимых значений уравнения, второй — входит.
Ответ: x = -1.
Пример 5. Решите уравнение:
Решение. Будем искать решения в промежутке x > 0, x ≠1. Преобразуем уравнение к равносильному:
Оба ответа входят в область допустимых значений уравнения.
Пример 6. Решите уравнение:
Решение. Система неравенств, определяющая область допустимых значений уравнения, имеет на этот раз вид:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Используя свойства логарифма, преобразуем уравнение к равносильному в области допустимых значений уравнению:
Используя формулу перехода к новому основанию логарифма, получаем:
В область допустимых значений входит только один ответ: x = 4.
Перейдем теперь к логарифмическим неравенствам . Это как раз то, с чем вам придется иметь дело на ЕГЭ по математике. Для решения дальнейших примеров нам потребуется следующая теорема:
Теорема 2.
Если f
(x
) > 0 и g
(x
) > 0, то:
при a
> 1 логарифмическое неравенство log a f
(x
) > log a g
(x
) равносильно неравенству того же смысла: f
(x
) > g
(x
);
при 0 < a
< 1 логарифмическое неравенство log a f
(x
) > log a g
(x
) равносильно неравенству противоположного смысла: f
(x
) < g
(x
).
Пример 7. Решите неравенство:
Решение. Начнем с определения области допустимых значений неравенства. Выражение, стоящее под знаком логарифмической функции, должно принимать только положительные значения. Это значит, что искомая область допустимых значений определяется следующей системой неравенств:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Так как в основании логарифма стоит число, меньшее единицы, соответствующая логарифмическая функция будет убывающей, а потому равносильным по теореме 2 будет переход к следующему квадратичному неравенству:
Окончательно, с учетом области допустимых значений получаем ответ:
Пример 8. Решите неравенство:
Решение. Вновь начнем с определения области допустимых значений:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
На множестве допустимых значений неравенства проводим равносильные преобразования:
После сокращения и перехода к равносильному по теореме 2 неравенству получаем:
С учетом области допустимых значений получаем окончательный ответ:
Пример 9. Решите логарифмическое неравенство:
Решение. Область допустимых значений неравенства определяется следующей системой:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Видно, что в области допустимых значений выражение, стоящее в основании логарифма, всегда больше единицы, а потому равносильным по теореме 2 будет переход к следующему неравенству:
С учетом области допустимых значений получаем окончательный ответ:
Пример 10. Решите неравенство:
Решение.
Область допустимых значений неравенства определяется системой неравенств:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
I способ. Воспользуемся формулой перехода к новому основанию логарифма и перейдем к равносильному в области допустимых значений неравенству.
Решение логарифмических уравнений. Часть 1.
Логарифмическим уравнением называется уравнение, в котором неизвестное содержится под знаком логарифма (в частности, в основании логарифма).
Простейшее логарифмическое уравнение имеет вид:
Решение любого логарифмического уравнения предполагает переход от логарифмов к выражениям, стоящим под знаком логарифмов. Однако это действие расширяет область допустимых значений уравнения и может привести к появлению посторонних корней. Чтобы избежать появления посторонних корней , можно поступить одним из трех способов:
1. Сделать равносильный переход от исходного уравнения к системе, включающей
в зависимости от того, какое неравенство или проще.
Если уравнение содержит неизвестное в основании логарифма:
то мы переходим к системе:
2. Отдельно найти область допустимых значений уравнения , затем решить уравнение и проверить, удовлетворяют ли найденные решения уравнения.
3. Решить уравнение, и потом сделать проверку: подставить найденные решения в исходное уравнение, и проверить, получим ли мы верное равенство.
Логарифмическое уравнение любого уровня сложности в конечном итоге всегда сводится к простейшему логарифмическому уравнению.
Все логарифмические уравнения можно условно разделить на четыре типа:
1 . Уравнения, которые содержат логарифмы только в первой степени. Они с помощью преобразований и использования приводятся к виду
Пример . Решим уравнение:
Приравняем выражения, стоящие под знаком логарифма:
Проверим, удовлетворяет ли наш корень уравнения:
Да, удовлетворяет.
Ответ: х=5
2 . Уравнения, которые содержат логарифмы в степени, отличной от 1 (в частности, в знаменателе дроби). Такие уравнения решаются с помощью введения замены переменной .
Пример. Решим уравнение:
Найдем ОДЗ уравнения:
Уравнение содержит логарифмы в квадрате, поэтому решается с помощью замены переменной.
Важно! Прежде чем вводить замену, нужно "растащить" логарифмы, входящие в состав уравнения на "кирпичики", используя свойства логарифмов.
При "растаскивании" логарифмов важно очень аккуратно применять свойства логарифмов:
Кроме того, здесь есть еще одно тонкое место, и, чтобы избежать распространенной ошибки, воспользуемся промежуточным равенством: запишем степень логарифма в таком виде:
Аналогично,
Подставим полученные выражения в исходное уравнение. Получим:
Теперь мы видим, что неизвестное содержится в уравнении в составе . Введем замену : . Так как может принимать любое действительное значение, на переменную мы никаких ограничений не накладываем.
