Тренажёр для 10 класса — основное логарифмическое тождество
Содержание статьи13 разделов
Формула, которую нужно уметь применять
Для 10 класса. Темп изучения показательных и логарифмических выражений в программах России и Казахстана различается: используйте задания после прохождения соответствующих правил. Внутри материала сначала расположен ученический вариант, затем отдельный ключ для проверки.
При a > 0, a ≠ 1 и b > 0 справедливо alogab = b. Тождество верно потому, что логарифм отвечает на вопрос, в какую степень следует возвести основание a. Если в основании степени и в основании логарифма стоят разные числа, немедленно «сократить» их нельзя: сначала привести к одному основанию.
Ошибка на доске: 4log2 3 = 3. Неверно! Здесь основания 4 и 2 различаются. Правильно: 4log2 3 = (2²)log2 3 = 3² = 9.
Вариант А — вычисления без лишних действий
Выпишите итог без промежуточных десятичных приближений. В случае дробного основания снова проверяйте, что основание положительно и не равно единице.
- 2log2 11 = ____________________
- 3log3 7 = ____________________
- 5log5 (1/25) = ____________________
- 10log10 0,4 = ____________________
- 4log4 9 = ____________________
- (1/2)log1/2 16 = ____________________
- 7log7 1 = ____________________
- 9log9 (1/3) = ____________________
- 2log2 √5 = ____________________
Вариант Б — тождество с переменной и областью определения
Помимо результата обязательно подпишите область допустимых значений x. Две записи могут совпадать алгебраически, но исходное выражение не обязательно определено при всех x.
- 3log3(x + 2) = ____________________
- 2log2(x − 6) = ____________________
- 5log5(3x) = ____________________
- 4log4(10 − x) = ____________________
- 2log2(x² + 1) = ____________________
- 7log7(x² − 9) = ____________________
- (1/3)log1/3(2x − 1) = ____________________
- 3log3(x²) = ____________________
- 2log2(−5) = ____________________
Вариант В — выражения с преобразованием оснований
Найдите короткий законный путь: представьте 4, 8 или 9 как степень числа, стоящего у знака log; или объедините показатели с одинаковым основанием.
- 4log2 3 = ____________________
- 9(1/2)log3 7 = ____________________
- 3log9 16 = ____________________
- 2log2 3 + log2 5 = ____________________
- 2log2 24 − log2 3 = ____________________
- 52log5 2 = ____________________
- 8(1/3)log2 11 = ____________________
- 2log4 81 = ____________________
- 32log3 4 − log3 2 = ____________________
Полный ключ для трёх вариантов
Вариант А
- 2log2 11 = 11.
- 3log3 7 = 7.
- 5log5 (1/25) = 1/25.
- 10log10 0,4 = 0,4.
- 4log4 9 = 9.
- (1/2)log1/2 16 = 16.
- 7log7 1 = 1.
- 9log9 (1/3) = 1/3.
- 2log2 √5 = √5.
Вариант Б
- 3log3(x + 2) = x + 2, x > −2.
- 2log2(x − 6) = x − 6, x > 6.
- 5log5(3x) = 3x, x > 0.
- 4log4(10 − x) = 10 − x, x < 10.
- 2log2(x² + 1) = x² + 1, любое действительное x.
- 7log7(x² − 9) = x² − 9, x < −3 или x > 3.
- (1/3)log1/3(2x − 1) = 2x − 1, x > 1/2.
- 3log3(x²) = x², x ≠ 0.
- 2log2(−5) = не определено в действительных числах.
Вариант В
- 4log2 3 = 9, так как 4 = 2².
- 9(1/2)log3 7 = 7, так как 9 = 3².
- 3log9 16 = 4, так как 9 = 3².
- 2log2 3 + log2 5 = 15.
- 2log2 24 − log2 3 = 8.
- 52log5 2 = 4.
- 8(1/3)log2 11 = 11.
- 2log4 81 = 9.
- 32log3 4 − log3 2 = 8.
Проверка учителю
За А — 9 баллов, за Б — 18 баллов (результат и ОДЗ), за В — 18 баллов (результат и обоснование): максимум 45. Ошибки в А обычно означают непонимание формулы; ошибки в Б — игнорирование положительности аргумента; ошибки в В — незаконное сокращение разных оснований. Для коррекции попросите ученика перевести две ошибочные строки в степенное равенство, а затем пересчитать их.
Подробное объяснение варианта А: что именно сокращается
В первых двух заданиях основание степени полностью совпадает с основанием логарифма. Поэтому выражение 2log211 равно 11, а 3log37 равно 7. Здесь не нужно вычислять логарифм десятичным калькулятором: он обозначает ровно тот показатель, который возвращает число 11 или 7.
В третьем задании число внутри логарифма равно 1/25; оно положительно, поэтому тождество применимо и ответ 1/25 законен. Десятичный аргумент 0,4 в четвёртом пункте тоже положителен и не делает логарифм неправильным. В пятом пункте 4 и 4 — одинаковые основания, даже если сам аргумент 9 не является целой степенью четвёрки.
В шестом задании основание равно 1/2. Оно допустимо: строго положительно и не равно единице. Несмотря на то, что функция убывает, взаимно обратные операции всё равно возвращают 16. В седьмом пункте аргумент равен единице, его логарифм равен нулю; 7⁰ = 1. В восьмом аргумент меньше единицы, но больше нуля, а значит ответ 1/3 сохраняется. Последний пункт с √5 показывает, что результат может быть иррациональным числом, причём положительность √5 позволяет применить формулу.
Подробное объяснение варианта Б: ОДЗ важнее сокращения
Для x + 2 требуется x > −2; для x − 6 — x > 6; для 3x — x > 0. После преобразования получаются соответственно x + 2, x − 6 и 3x, однако формулы не позволяют добавлять значения x, запрещённые исходными логарифмами. Например, при x = 4 выражение x − 6 существует как число −2, но log2(x − 6) не определён.
В выражении с 10 − x граница меняется: необходимо x < 10. Для x² + 1 положительность автоматическая при каждом действительном x, поскольку квадрат неотрицателен и прибавляется единица. Для x² − 9 одного ограничения x ≠ 3 недостаточно: нужно x < −3 или x > 3. Эти промежутки получаются из неравенства (x − 3)(x + 3) > 0.
Для 2x − 1 получаем x > 1/2; дробное основание 1/3 не меняет требование положительности аргумента. Для x² нужна лишь граница x ≠ 0: все остальные квадраты положительны. В последнем примере аргумент −5 всегда отрицателен, так что выражение отсутствует в действительной области. Это не число −5 и не отрицательный логарифм.
Подробное объяснение варианта В: как согласовать основания
Когда основания различаются, сначала надо представить большее основание как степень меньшего. Так 4 = 2², поэтому 4log23 = 22log23 = 3² = 9. По той же причине 9(1/2)log37 = 3log37 = 7. В третьем номере полезно воспользоваться равенством log916 = (1/2)log316, что даёт √16 = 4.
Сложение логарифмов одного основания в показателе превращается в произведение положительных аргументов: 2log23 + log25 = 3·5 = 15. Разность логарифмов даёт частное: 2log224 − log23 = 24/3 = 8. В шестом задании 52log52 = (5log52)² = 4.
В седьмом пункте 8 = 2³, а множитель 1/3 при показателе компенсирует тройку, поэтому результат 11. В восьмом 2log481 = 2(1/2)log281 = √81 = 9. В девятом 32log34 − log32 = 4²/2 = 8. Во всех этих преобразованиях аргументы логарифмов положительны, а разные основания были согласованы до применения тождества.
При самопроверке полезно отделить два вопроса: можно ли вообще записать исходное выражение и можно ли выполнить преобразование без изменения его смысла? Простая подстановка приближённых десятичных значений логарифмов часто даёт ошибку округления. Алгебраическое преобразование даёт точный ответ, поэтому особенно предпочтительно в самостоятельной и проверочной работе.
Памятка по трём способам самоконтроля
Первый способ — проверка области определения: подпишите возле каждого логарифма его основание и аргумент. Основание должно быть положительным и отличным от 1, аргумент — строго положительным. Особенно это важно в варианте Б: после применения тождества полученное выражение может быть определено при большем числе x, чем исходный логарифм. Добавлять такие x в ответ нельзя.
Второй способ — перевод в обратную степень. Равенство logab = c означает ac = b. Если вы уверены, что при допустимых a и b полученная степень вновь даёт b, задача решена по определению. Например, запись log416 = 2 легко проверяется равенством 4² = 16. Такой приём полезен при дробных и отрицательных показателях.
Третий способ — согласование основания перед упрощением. Если внешнее основание равно 8, а внутренний логарифм имеет основание 2, замените 8 на 2³. Затем коэффициент 3 выносится в показатель и можно применить основное тождество. Этот шаг работает и для дробных степеней; он не зависит от того, умеет ли ученик вычислять сам логарифм.
При работе с вариантом В не полагайтесь на округлённые значения логарифмов из калькулятора: близкое к точному число не заменяет доказательства. Записывайте преобразования по порядку и сохраняйте условия допустимости. Достаточно один раз объяснить в тетради, почему основания согласованы, а затем применять тот же приём без лишних промежуточных вычислений.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
