16. Свойства логарифмов, переход к новому основанию, решение более сложных задач

Формула перехода к новому основанию

Теорема

Если  – положительные числа, причем и отличны от , то имеет место равенство: 

 – формула перехода к новому основанию

Доказательство

Преобразуем данное равенство, домножив левую и правую часть на знаменатель правой части:

Далее возведем  в степень левой и правой части:

Преобразуем левую часть, применив свойство степеней:

Согласно основному логарифмическому тождеству:

Таким образом:

Согласно основному логарифмическому тождеству:

Следовательно:

Мы получили равенство, которое верно по основному логарифмическому тождеству. То есть:

Что и требовалось доказать.

Следствия из формулы перехода к новому основанию

1. Первое следствие мы вывели попутно, доказывая формулу перехода:

2. Подставим в предыдущую формулу :

Доказательство

Докажем третье следствие из формулы перехода к новому основанию , при ;

Доказательство

Прологарифмируем данное равенство по основанию :

В правой и левой части вынесем степень за знак логарифма:

Так как , то:

Согласно второму следствию из формулы перехода к новому основанию 

, следовательно: 

Домножим левую и правую часть на знаменатель правой части:

Равенство верное, следовательно:

Что и требовалось доказать.

Пример 1

Вычислите:

Решение

Разность логарифмов с одинаковым основанием – это логарифм частного, а сумма логарифмов с одинаковым основанием – логарифм произведения. А у нас в числителях и знаменателях стоят логарифмы с одинаковыми основаниями.

Применяя эти свойства, получаем:

Согласно формуле перехода к новому основанию :

Следовательно: 

Из основания логарифма показатель степени  выносится за знак логарифма как , а из подлогарифмического выражения – как , то есть:

Следовательно: 

Ответ: .

Пример 2

Вычислите:

Решение

Нам известно следствие из формулы перехода к новому основанию:

С помощью этой формулы преобразуем показатель степени в данном выражении:

Таким образом:

Ответ:

Пример 3

Вычислите:

Решение

Преобразуем показатель степени, избавившись от минус первой степени:

Приведем всё к одному основанию (в данном случае к 5), воспользовавшись следствием из формулы перехода к новому основанию

Домножим числитель и знаменатель на:

Следовательно:

Применим основное логарифмическое тождество:

Ответ: .

Пример 4

Известно, что, ; . Вычислить: 

Решение

Существует два способа решения этой задачи. 

1. Перейдем в логарифмах (в выражении, которое нам необходимо вычислить) к одному основанию – . Для этого воспользуемся формулой перехода к новому основанию:

а) 

Так как:

– по условию, то: 

б) 

в) Таким образом: 

2. Второе решение состоит в том, что если , то . Подставив это в наше выражение, мы получим выражение с одной переменной , вычислить его будет несложно, главное не запутаться в степенях.

Ответ: .

Пример 5

Дано: . Найти:

Решение

Заметим, что все числа в условии – это комбинации двоек и троек: ;; ;. Перейдем в данных логарифмах к основанию 2 или 3. Например, к трем:

1. 

Таким образом: 

Выразим из этого выражения : 

Домножаем это выражение на : 

Вычтем из левой и правой части выражения 1 и разделим эти части на 2:

2. 

3. Так как , то: 

Домножим числитель и знаменатель на: 

Ответ: .

Пример

Упростите выражение:

Решение

Согласно основному логарифмическому тождеству представим 2 в виде:

Тогда:  

Следовательно: 

В данном примере мы попутно доказали полезное свойство:

Ответ: .

Список литературы

1. Мордкович А.Г. Алгебра и начала математического анализа 10-11 кл. – М.: Мнемозина, 2001.

2. Муравин Г.К., Муравина О.В. Алгебра и начала математического анализа. – М.: Дрофа. 

3. Колмогоров А.Н., Абрамов А.М., Дудницын Ю.П. и др. Алгебра и начала математического анализа 10-11 кл. – М.: Просвещение, 1990.

4. Мордкович А.Г., Денищева Л.О., Корешкова Т.А., Мишустина Т.Н., Тульчинская Е.Е. Алгебра и начала анализа 10-11 кл.: Задачник для общеобразоват. учреждений. – М.: Мнемозина, 2001.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал youtube.com

2. Интернет-портал «Уроки математики»

Домашнее задание

1. Задания 1596, 1602, 1612 (стр. 237–239) – Мордкович А.Г., Денищева Л.О., Корешкова Т.А., Мишустина Т.Н., Тульчинская Е.Е. Алгебра и начала анализа 10-11 кл.: Задачник (Источник).

2. Докажите тождество:.

3. Докажите тождество: .