Логарифмические преобразования. Задача B7 — преобразование логарифмических и показательных выражений. Основные свойства логарифмов
Разделы: Математика
Вид урока: урок обобщения и систематизации знаний
Цели:
- актуализировать знания учащихся о логарифмах и их свойствах в рамках обобщающего повторения и подготовки к ЕГЭ;
- способствовать развитию мыслительной деятельности учащихся, навыков применения теоретических знаний при выполнении упражнений;
- способствовать развитию личностных качеств учащихся, навыков самоконтроля и самооценки своей деятельности; воспитывать трудолюбие, терпеливость, упорство, самостоятельность.
Оборудование: компьютер, проектор, презентация (приложение 1 ), карточки с домашним заданием (можно прикрепить файл с заданием в электронном дневнике).
Ход урока
I. Организационный момент. Приветствие, настрой на урок.
II. Обсуждение домашнего задания.
III. Сообщение темы и цели урока. Мотивация. (Слайд 1) Презентация .
Мы продолжаем обобщающее повторение курса математики в рамках подготовки к ЕГЭ. И сегодня на уроке мы поговорим о логарифмах и их свойствах.
Задания на вычисление логарифмов и преобразование логарифмических выражений обязательно присутствуют в контрольно-измерительных материалах как базового, так и профильного уровня. Поэтому цель нашего урока – восстановить представления о смысле понятия “логарифм” и актуализировать навыки преобразования логарифмических выражений. Запишите в тетрадях тему урока.
IV. Актуализация знаний.
1. /Устно/ Для начала вспомним, что называют логарифмом. (Слайд 2)
(Логарифмом положительного числа b по основанию a (где а > 0, а?1) называется показатель степени, в которую нужно возвести число a, чтобы получить число b)
Log a b = n <-> а n = b , (а> 0, а 1, b > 0)
Итак, “ЛОГАРИФМ” - это “ПОКАЗАТЕЛЬ СТЕПЕНИ”!
(Слайд 3) Тогда а n = b можно переписать в виде = b – основное логарифмическое тождество.
Если основание а = 10, то логарифм называют десятичным и обозначают lgb.
Если а = e, то логарифм называют натуральным и обозначают lnb.
2. /Письменно/ (Слайд 4) Заполните пропуски, чтобы получились верные равенства:
Log ? x + Log a ? = Log ? (?y)
Log a ? - Log ? y = Log ? (x/?)
Log a x ? = pLog ? (?)
Проверка:
1; 1; a,y,x; x,a,a,y; p,a,x.
Это свойства логарифмов. И еще группа свойств: (Слайд 5)
Проверка:
a,1,n,x; n,x,p,a; x,b,a,y; a,x,b; a,1,b.
V. Устная работа
(Слайд 6) №1. Вычислите:
а) б) в) г) ; д) .
Ответы : а) 4; б) – 2; в) 2; г) 7; д) 27.
(Слайд 7) №2. Найти Х:
а) ; б) (Ответы: а) 1/4; б) 9).
№3. Имеет ли смысл рассматривать такой логарифм:
а) ; б) ; в) ? (Нет)
VI. Самостоятельная работа в группах, сильные ученики – консультанты . (Слайд 8)
№ 1. Вычислите: 
.
№ 2. Упростите:
№ 3. Найдите значение выражения , если
№ 4. Упростите выражение: 
№ 5. Вычислите:
№ 6. Вычислите:№ 7. Вычислите:
№ 8. Вычислите:
После выполнения – проверка и обсуждение по заготовленному решению или с помощью документ – камеры.
VII. Решение задания повышенной сложности (сильный ученик на доске, остальные – в тетрадях) (Слайд 9)
Найдите значение выражения:
VIII. Домашнее задание (на карточках) дифференцированное. (Слайд 10)
№1. Вычислите: 
№2. Найдите значение выражения:
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ:
- Л.В.Артамонова, учитель математики МОУ “Москаленский лицей” Презентация “В стране логарифмов”
- А.А.Кукшева, МОУ “Егорьевская СОШ” Презентация “Логарифмы и их свойства”
Сейчас мы взглянем на преобразование выражений, содержащих логарифмы, с общих позиций. Здесь мы разберем не только преобразование выражений с использованием свойств логарифмов, а рассмотрим преобразование выражений с логарифмами общего вида, которые содержат не только логарифмы, но и степени, дроби, корни и т.д. Весь материал по обыкновению будем снабжать характерными примерами с детальными описаниями решений.
Навигация по странице.
Выражения с логарифмами и логарифмические выражения
Выполнение действий с дробями
В предыдущем пункте мы разобрали основные преобразования, которые проводятся с отдельными дробями, содержащими логарифмы. Эти преобразования, естественно, можно проводить с каждой отдельной дробью, являющейся частью более сложного выражения, например, представляющего собой сумму, разность, произведение и частное подобных дробей. Но помимо работы с отдельными дробями, преобразование выражений указанного вида часто подразумевает выполнение соответствующих действий с дробями. Дальше мы рассмотрим правила, по которым эти действия проводятся.
Еще с 5-6 классов нам известны правила, по которым выполняются . В статье общий взгляд на действия с дробями мы распространили эти правила с обыкновенных дробей на дроби общего вида A/B , где A и B – некоторые числовые, буквенные выражения или выражения с переменными, причем B тождественно не равно нулю. Понятно, что дроби с логарифмами являются частными случаями дробей общего вида. И в связи с этим понятно, что действия с дробями, которые содержат в своих записях логарифмы, проводятся по тем же правилам. А именно:
- Чтобы сложить или вычесть две дроби с одинаковыми знаменателями, надо соответственно сложить или вычесть числители, а знаменатель оставить прежним.
- Чтобы сложить или вычесть две дроби с разными знаменателями, надо привести их к общему знаменателю и выполнить соответствующие действия по предыдущему правилу.
- Чтобы умножить две дроби, надо записать дробь, числителем которой является произведение числителей исходных дробей, а знаменателем – произведение знаменателей.
- Чтобы разделить дробь на дробь, надо делимую дробь умножить на дробь, обратную делителю, то есть, на дробь, с переставленными местами числителем и знаменателем.
Приведем несколько примеров на выполнение действий с дробями, содержащими логарифмы.
Пример.
Выполните действия с дробями, содержащими логарифмы: а) , б) 
, в) 
, г) 
.
Решение.
а) Знаменатели складываемых дробей, очевидно, одинаковые. Поэтому, согласно правилу сложения дробей с одинаковыми знаменателями складываем числители, а знаменатель оставляем прежним: 
.
б) Здесь знаменатели различные. Поэтому, сначала нужно привести дроби к одинаковому знаменателю
. В нашем случае знаменатели уже представлены в виде произведений, и нам остается взять знаменатель первой дроби и добавить к нему недостающие множители из знаменателя второй дроби. Так мы получим общий знаменатель вида 
. При этом к общему знаменателю вычитаемые дроби приводятся при помощи дополнительных множителей в виде логарифма и выражения x 2 ·(x+1)
соответственно. После этого останется выполнить вычитание дробей с одинаковыми знаменателями, что не представляет сложностей.
Итак, решение таково:
в) Известно, что результатом умножения дробей является дробь, числитель которой есть произведение числителей, а знаменатель – произведение знаменателей, поэтому
Несложно заметить, что можно провести сокращение дроби
на двойку и на десятичный логарифм, в результате имеем 
.
г) Переходим от деления дробей к умножению, заменяя дробь-делитель обратной ей дробью . Так
Числитель полученной дроби можно представить в виде 
, из которого явно виден общий множитель числителя и знаменателя – множитель x
, на него можно сократить дробь:
Ответ:
а) , б) 
, в) 
, г) 
.
Следует помнить, что действия с дробями проводятся с учетом порядка выполнения действий : сначала умножение и деление, затем сложение и вычитание, а если есть скобки, то сначала проводятся действия в скобках.
Пример.
Выполните действия с дробями 
.
Решение.
Сначала выполняем сложение дробей в скобках, после чего будем проводить умножение:
Ответ:
В этом пункте остается проговорить вслух три довольно очевидных, но в то же время важных момента:
Преобразование выражений с использованием свойств логарифмов
Наиболее часто преобразование выражений с логарифмами подразумевает использование тождеств, выражающих определение логарифма и . Например, обратившись к основному логарифмическому тождеству a log a b =b
, a>0
, a≠1
, b>0
, мы можем выражение x−5 log 5 7
представить в виде x−7
, а формула перехода к новому основанию логарифма 
, где a>0
, a≠1
, b>0
, c>0
, c≠1
дает возможность от выражения перейти к разности 1−lnx
.
Применение свойств корней, степеней, тригонометрических тождеств и т.п.
Выражения с логарифмами помимо, собственно, самих логарифмов почти всегда содержат степени, корни, тригонометрические функции и т.п. Понятно, что для преобразования таких выражений наряду со свойствами логарифмов могут потребоваться свойства степеней, корней и т.д. Мы отдельно разбирали применение каждого блока свойств к преобразованию выражений, ссылки на соответствующие статьи Вы можете найти в разделе сайта www.сайт выражения и их преобразование . Здесь же мы покажем решение пары примеров на применение свойств в связке с логарифмами.
Пример.
Упростить выражение 
.
Решение.
Для начала выполним преобразование выражений с корнями . На ОДЗ переменной x
для исходного выражения (которой в нашем случае является множество положительных действительных чисел) от корней можно перейти к степеням с дробными показателями, после чего воспользоваться свойством умножения степеней с одинаковыми основаниями: 
. Таким образом,
Теперь представляем числитель в виде 
(что нам позволяет сделать свойство степени в степени, при необходимости смотрите преобразование выражений с использованием свойств степеней , а также представление числа, которое позволяет заменить сумму квадратов синуса и косинуса одного и того же аргумента единицей. Так мы получим единицу под знаком логарифма. А, как известно, логарифм единицы равен нулю.
Запишем проделанные преобразования:
Нуль в кубе есть нуль, поэтому переходим к выражению 
.
Дробь, числитель которой есть нуль, а знаменатель отличен от нуля (в нашем случае это действительно так, ведь несложно обосновать, что значение выражения под знаком натурального логарифма отлично от единицы) равна нулю. Таким образом,
Дальнейшие преобразования проводятся на базе определения корня нечетной степени из отрицательного числа: 
.
Так как 2 15
– положительное число, то можно применить свойства корней, которые приводят к финальному результату: 
.
Ответ:
Задания, решение которых заключается в преобразовании логарифмических выражений , довольно часто встречаются на ЕГЭ.
Чтобы успешно справиться с ними при минимальной затрате времени кроме основных логарифмических тождеств, необходимо знать и правильно использовать ещё некоторые формулы.
Это: a log а b = b, где а, b > 0, а ≠ 1 (Она вытекает непосредственно из определения логарифма).
log a b = log с b / log с а или log а b = 1/log b а
где а, b, с > 0; а, с ≠ 1.
log а m b n = (m/n) log |а| |b|
где а, b > 0, а ≠ 1, m, n Є R, n ≠ 0.
а log с b = b log с а
где а, b, с > 0 и а, b, с ≠ 1
Чтобы показать справедливость четвертого равенства прологарифмируем левую и правую часть по основанию а. Получим log а (а log с b) = log а (b log с а) или log с b = log с а · log а b; log с b = log с а · (log с b / log с а); log с b = log с b.
Мы доказали равенство логарифмов, значит, равны и выражения, стоящие под логарифмами. Формула 4 доказана.
Пример 1.
Вычислите 81 log 27 5 log 5 4 .
Решение.
81 = 3 4 , 27 = 3 3 .
log 27 5 = 1/3 log 3 5, log 5 4 = log 3 4 / log 3 5. Следовательно,
log 27 5 · log 5 4 = 1/3 log 3 5 · (log 3 4 / log 3 5) = 1/3 log 3 4.
Тогда 81 log 27 5 log 5 4 = (3 4) 1/3 log 3 4 = (3 log 3 4) 4/3 = (4) 4/3 = 4 3 √4.
Самостоятельно можно выполнить следующее задание.
Вычислить (8 log 2 3 + 3 1/ log 2 3) - log 0,2 5.
В качестве подсказки 0,2 = 1/5 = 5 -1 ; log 0,2 5 = -1.
Ответ: 5.
Пример 2.
Вычислите (√11) log √3 9- log 121 81 .
Решение.
Выполним замену выражений: 9 = 3 2 , √3 = 3 1/2 , log √3 9 = 4,
121 = 11 2 , 81 = 3 4 , log 121 81 = 2 log 11 3 (использовалась формула 3).
Тогда (√11) log √3 9- log 121 81 = (11 1/2) 4-2 log 11 3 = (11) 2- log 11 3 = 11 2 / (11) log 11 3 = 11 2 / (11 log 11 3) = 121/3.
Пример 3.
Вычислите log 2 24/ log 96 2- log 2 192 / log 12 2.
Решение.
Логарифмы, содержащиеся в примере, заменим логарифмами с основанием 2.
log 96 2 = 1/log 2 96 = 1/log 2 (2 5 · 3) = 1/(log 2 2 5 + log 2 3) = 1/(5 + log 2 3);
log 2 192 = log 2 (2 6 · 3) = (log 2 2 6 + log 2 3) = (6 + log 2 3);
log 2 24 = log 2 (2 3 · 3) = (log 2 2 3 + log 2 3) = (3 + log 2 3);
log 12 2 = 1/log 2 12 = 1/log 2 (2 2 · 3) = 1/(log 2 2 2 + log 2 3) = 1/(2 + log 2 3).
Тогда log 2 24 / log 96 2 – log 2 192 / log 12 2 = (3 + log 2 3) / (1/(5 + log 2 3)) – ((6 + log 2 3) / (1/(2 + log 2 3)) =
= (3 + log 2 3) · (5 + log 2 3) – (6 + log 2 3)(2 + log 2 3).
После раскрытия скобок и приведения подобных слагаемых получим число 3. (При упрощении выражения можно log 2 3 обозначить через n и упрощать выражение
(3 + n) · (5 + n) – (6 + n)(2 + n)).
Ответ: 3.
Самостоятельно можно выполнить следующее задание:
Вычислить (log 3 4 + log 4 3 + 2) · log 3 16 · log 2 144 3 .
Здесь необходимо сделать переход к логарифмам по основанию 3 и разложение на простые множители больших чисел.
Ответ:1/2
Пример 4.
Даны три числа А = 1/(log 3 0,5), В = 1/(log 0,5 3), С = log 0,5 12 – log 0,5 3. Расположите их в порядке возрастания.
Решение.
Преобразуем числа А = 1/(log 3 0,5) = log 0,5 3; С = log 0,5 12 – log 0,5 3 = log 0,5 12/3 = log 0,5 4 = -2.
Сравним их
log 0,5 3 > log 0,5 4 = -2 и log 0,5 3 < -1 = log 0,5 2, так как функция у = log 0,5 х – убывающая.
Или -2 < log 0,5 3 < -1. Тогда -1 < 1/(log 0,5 3) < -1/2.
Ответ. Следовательно, порядок размещения чисел: С; А; В.
Пример 5.
Сколько целых чисел расположено на интервале (log 3 1 / 16 ; log 2 6 48).
Решение.
Определим между какими степенями числа 3 находится число 1 / 16 . Получим 1 / 27 < 1 / 16 < 1 / 9 .
Так как функция у = log 3 х – возрастающая, то log 3 (1 / 27) < log 3 (1 / 16) < log 3 (1 / 9); -3 < log 3 (1 / 16) < -2.
log 6 48 = log 6 (36 · 4 / 3) = log 6 36 + log 6 (4 / 3) = 2 + log 6 (4 / 3). Сравним log 6 (4 / 3) и 1 / 5 . А для этого сравним числа 4 / 3 и 6 1/5 . Возведём оба числа в 5 степень. Получим (4 / 3) 5 = 1024 / 243 = 4 52 / 243 < 6. Следовательно,
log 6 (4 / 3) < 1 / 5 . 2 < log 6 48 < 2 1 / 5 . Числа, входящие в двойное неравенство, положительные. Их можно возводить в квадрат. Знаки неравенства при этом не изменятся. Тогда 4 < log 6 2 48 < 4 21 / 25.
Следовательно, интервал (log 3 1 / 16 ; log 6 48) включает в себя промежуток [-2; 4] и на нём размещаются целые числа -2; -1; 0; 1; 2; 3; 4.
Ответ: 7 целых чисел.
Пример 6.
Вычислите 3 lglg 2/ lg 3 - lg20.
Решение.
3 lg lg 2/ lg 3 = (3 1/ lg3) lg lg 2 = (3 lо g 3 10) lg lg 2 = 10 lg lg 2 = lg2.
Тогда 3 lglg2/lg3 - lg 20 = lg 2 – lg 20 = lg 0,1 = -1.
Ответ: -1.
Пример 7.
Известно, что log 2 (√3 + 1) + log 2 (√6 – 2) = А. Найдите log 2 (√3 –1) + log 2 (√6 + 2).
Решение.
Числа (√3 + 1) и (√3 – 1); (√6 – 2) и (√6 + 2) – сопряжённые.
Проведем следующее преобразование выражений
√3 – 1 = (√3 – 1) · (√3 + 1)) / (√3 + 1) = 2/(√3 + 1);
√6 + 2 = (√6 + 2) · (√6 – 2)) / (√6 – 2) = 2/(√6 – 2).
Тогда log 2 (√3 – 1) + log 2 (√6 + 2) = log 2 (2/(√3 + 1)) + log 2 (2/(√6 – 2)) =
Log 2 2 – log 2 (√3 + 1) + log 2 2 – log 2 (√6 – 2) = 1 – log 2 (√3 + 1) + 1 – log 2 (√6 – 2) =
2 – log 2 (√3 + 1) – log 2 (√6 – 2) = 2 – А.
Ответ: 2 – А.
Пример 8 .
Упростите и найдите приближенное значение выражения (log 3 2 · log 4 3 · log 5 4 · log 6 5 · … · log 10 9.
Решение.
Все логарифмы приведём к общему основанию 10.
(log 3 2 · log 4 3 · log 5 4 · log 6 5 · … · log 10 9 = (lg 2 / lg 3) · (lg 3 / lg 4)· (lg 4 / lg 5) · (lg 5 / lg 6) · … · (lg 8 / lg 9) · lg 9 = lg 2 ≈ 0,3010. (Приближенное значение lg 2 можно найти с использованием таблицы, логарифмической линейки либо калькулятора).
Ответ: 0,3010.
Пример 9 .
Вычислить log а 2 b 3 √(a 11 b -3), если log √ а b 3 = 1. (В этом примере, а 2 b 3 – основание логарифма).
Решение.
Если log √ а b 3 = 1, то 3/(0,5 log а b = 1. И log а b = 1/6.
Тогда log а 2 b 3√(a 11 b -3) = 1/2 log а 2 b 3 (a 11 b -3) = log а (a 11 b -3) / (2log а (a 2 b 3)) = (log а a 11 + log а b -3) / (2(log а a 2 + log а b 3)) = (11 – 3log а b) / (2(2 + 3log а b)) Учитывая то, что log а b = 1/6 получим (11 – 3 · 1 / 6) / (2(2 + 3 · 1 / 6)) = 10,5/5 = 2,1.
Ответ: 2,1.
Самостоятельно можно выполнить следующее задание:
Вычислить log √3 6 √2,1, если log 0,7 27 = а.
Ответ: (3 + а) / (3а).
Пример 10.
Вычислить 6,5 4/ log 3 169 · 3 1/ log 4 13 + log125.
Решение.
6,5 4/ log 3 169 · 3 1/ log 4 13 + log 125 = (13/2) 4/2 log 3 13 · 3 2/ log 2 13 + 2log 5 5 3 = (13/2) 2 log 13 3 · 3 2 log 13 2 + 6 = (13 log 13 3 / 2 log 13 3) 2 · (3 log 13 2) 2 + 6 = (3/2 log 13 3) 2 · (3 log 13 2) 2 + 6 = (3 2 /(2 log 13 3) 2) · (2 log 13 3) 2 + 6.
(2 log 13 3 = 3 log 13 2 (формула 4))
Получим 9 + 6 = 15.
Ответ: 15.
Остались вопросы? Не знаете, как найти значение логарифмического выражения?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
В задаче B7 дается некоторое выражение, которое нужно упростить. В результате должно получиться обычное число, которое можно записать в бланке ответов. Все выражения условно делятся на три типа:
- Логарифмические,
- Показательные,
- Комбинированные.
Показательные и логарифмические выражения в чистом виде практически не встречаются. Однако знать, как они вычисляются, совершенно необходимо.
В целом, задача B7 решается достаточно просто и вполне под силу среднему выпускнику. Отсутствие четких алгоритмов компенсируется в ней стандартностью и однообразностью. Научиться решать такие задачи можно просто за счет большого количества тренировок.
Логарифмические выражения
Подавляющее большинство задач B7 содержат логарифмы в том или ином виде. Эта тема традиционно считается сложной, поскольку ее изучение приходится, как правило, на 11 класс — эпоху массовой подготовки к выпускным экзаменам. В результате многие выпускники имеют весьма смутное представление о логарифмах.
Но в этой задаче никто и не требует глубоких теоретических познаний. Нам будут встречаться лишь самые простые выражения, которые требуют незамысловатых рассуждений и вполне могут быть освоены самостоятельно. Ниже приведены основные формулы, которые надо знать, чтобы справиться с логарифмами:
Кроме того, надо уметь заменять корни и дроби на степени с рациональным показателем, иначе в некоторых выражениях выносить из под знака логарифма будет просто нечего. Формулы замены:
Задача. Найти значения выражений:
log 6 270 − log 6 7,5
log 5 775 − log 5 6,2
Первые два выражения преобразуются как разность логарифмов:
log 6 270 − log 6 7,5 = log 6 (270: 7,5) = log 6 36 = 2;
log 5 775 − log 5 6,2 = log 5 (775: 6,2) = log 5 125 = 3.
Для вычисления третьего выражения придется выделять степени — как в основании, так и в аргументе. Для начала найдем внутренний логарифм:
Затем — внешний:
Конструкции вида log a log b x многим кажутся сложными и непонятыми. А между тем, это всего лишь логарифм от логарифма, т.е. log a (log b x ). Сначала вычисляется внутренний логарифм (положим log b x = c ), а затем внешний: log a c .
Показательные выражения
Будем называть показательным выражением любую конструкцию вида a k , где числа a и k — произвольные постоянные, причем a > 0. Методы работы с такими выражениями достаточно просты и рассматриваются на уроках алгебры 8-го класса.
Ниже приведены основные формулы, которые обязательно надо знать. Применение этих формул на практике, как правило, не вызывает проблем.
- a n · a m = a n + m ;
- a n / a m = a n − m ;
- (a n ) m = a n · m ;
- (a · b ) n = a n · b n ;
- (a : b ) n = a n : b n .
Если встретилось сложное выражение со степенями, и не понятно, как к нему подступиться, используют универсальный прием — разложение на простые множители. В результате большие числа в основаниях степеней заменяются простыми и понятными элементами. Затем останется лишь применить указанные выше формулы — и задача будет решена.
Задача. Найти значения выражений: 7 9 · 3 11: 21 8 , 24 7: 3 6: 16 5 , 30 6: 6 5: 25 2 .
Решение. Разложим все основания степеней на простые множители:
7 9 · 3 11: 21 8 = 7 9 · 3 11: (7 · 3) 8 = 7 9 · 3 11: (7 8 · 3 8) = 7 9 · 3 11: 7 8: 3 8 = 7 · 3 3 = 189.
24 7: 3 6: 16 5 = (3 · 2 3) 7: 3 6: (2 4) 5 = 3 7 · 2 21: 3 6: 2 20 = 3 · 2 = 6.
30 6: 6 5: 25 2 = (5 · 3 · 2) 6: (3 · 2) 5: (5 2) 2 = 5 6 · 3 6 · 2 6: 3 5: 2 5: 5 4 = 5 2 · 3 · 2 = 150.
Комбинированные задачи
Если знать формулы, то все показательные и логарифмические выражения решаются буквально в одну строчку. Однако в задаче B7 степени и логарифмы могут объединяться, образуя довольно неслабые комбинации.