Логарифм. Логарифмічна функція
Логарифм лякає новизною позначення, але за ним стоїть цілком звичне питання: до якого степеня піднести число, щоб дістати інше? Усе інше — властивості, графіки, рівняння — випливає з цієї одної думки. Тому найкорисніше, що можна зробити на початку теми, — навчитися вільно перекладати запис із логарифмічної форми в степеневу і назад.
Означення
Логарифмом числа за основою () називають показник степеня, до якого треба піднести , щоб дістати :
Наприклад, , бо ; , бо .
Обмеження в означенні не випадкові. Число має бути додатним, бо додатна основа в будь-якому степені лишається додатною. Основа теж додатна й не дорівнює одиниці: за будь-якого , тож рівняння для розв'язку не має.
Окремі позначення: десятковий логарифм і натуральний (основа ).
Основна логарифмічна тотожність і наслідки
Ці чотири рівності — просто означення, записане по-різному. Наприклад, означає «до якого степеня піднести , щоб дістати ?» — очевидно, до нульового. А читається як «до якого степеня піднести , щоб дістати ?».
Властивості логарифмів
Для , , :
Ці властивості перетворюють множення на додавання: .
Вони успадковані від степенів: множенню степенів відповідає додавання показників, а логарифм — це і є показник. Саме тому логарифми колись і винайшли — щоб зводити громіздке множення до додавання.
Зверни увагу, чого серед властивостей немає: логарифма суми. Вираз не спрощується жодним чином і точно не дорівнює — останнє є логарифмом добутку.
Обчислимо .
- Різниця логарифмів — це логарифм частки: ;
- рахуємо дріб: ;
- за означенням: , отже результат .
Відповідь: . Окремо ані , ані «гарних» значень не мають — властивість дозволила уникнути їх обчислення взагалі.
Обчислимо і .
- Перший вираз — це прямо основна тотожність , отже він дорівнює ;
- для другого: ;
- отже .
Відповідь: і . Другий приклад показує, що логарифм цілком може бути від'ємним — це стається, коли аргумент менший за одиницю (при основі, більшій за неї).
Логарифмічна функція
Логарифмічна функція — обернена до показникової . Її властивості:
- область визначення — , область значень — усі числа;
- проходить через точку , бо ;
- при зростає, при — спадає.
Оберненість до показникової означає, що графіки і симетричні відносно прямої . Звідси й «дзеркальність» їхніх властивостей: у показникової область визначення — уся пряма, а область значень — додатні числа; у логарифмічної навпаки.
Записи чи змісту не мають. А от значення логарифма цілком може бути від'ємним: . Плутати аргумент і значення — типова помилка.
Типові помилки
- Розписують логарифм суми. не спрощується.
- Плутають і . Виносити показник можна лише з-під аргумента: , тоді як .
- Забувають про область визначення й приймають корені, за яких аргумент недодатний.
- Вважають, що логарифм не може бути від'ємним.
- Плутають основу з аргументом. , а — це різні числа.
Перевір себе
Відповіді тут числові (напр. 3 або -2). Десятковий і натуральний логарифми у виразах
можна писати як lg та ln (напр. lg100).