Властивості логарифмів і перехід до нової основи
~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + хімія.
Застосовуй властивості логарифмів (добутку, частки, степеня, основи aᵏ) і формулу переходу до нової основи, щоб спрощувати й обчислювати логарифмічні вирази та виражати один логарифм через інший.
Логарифм перетворює множення на додавання, а ділення — на віднімання. Це головна ідея, яка робить логарифми такими зручними для спрощення виразів. Розгляньмо дві базові формули, які є в довідці НМТ.
Формули логарифма добутку й частки
Для додатних чисел x і y (x > 0, y > 0) і основи a > 0, a ≠ 1 справджуються рівності:
Перша формула каже: логарифм добутку дорівнює сумі логарифмів. Друга: логарифм частки дорівнює різниці логарифмів. Ці формули працюють в обидва боки — і для розкладання складного логарифма на суму, і для згортання суми в один логарифм.
Чому це працює
Пригадай властивість степенів: aᵐ · aⁿ = aᵐ⁺ⁿ. Якщо x = aᵐ і y = aⁿ, то xy = aᵐ⁺ⁿ. Тоді logₐ(xy) = m + n = logₐ x + logₐ y. Логарифм ніби «знижує» операцію: множення перетворює на додавання. Так само ділення перетворює на віднімання, бо aᵐ / aⁿ = aᵐ⁻ⁿ.
Приклади згортання (сума → один логарифм)
Найчастіше на НМТ треба згорнути суму або різницю логарифмів з однаковою основою в один логарифм і обчислити його за означенням.
log₆ 4 + log₆ 9 = log₆(4 · 9) = log₆ 36 = 2, бо 6² = 36
lg 200 − lg 2 = lg(200 / 2) = lg 100 = 2, бо 10² = 100
log₃ 18 − log₃ 2 = log₃(18 / 2) = log₃ 9 = 2
Чого не можна робити
Дуже важливо: для суми аргументів немає формули! logₐ(x + y) ≠ logₐ x + logₐ y. Перевір на числовому прикладі:
log₂(4 + 4) = log₂ 8 = 3
log₂ 4 + log₂ 4 = 2 + 2 = 4
3 ≠ 4 — отже, формула не працює
Так само не існує формули для logₐ(x − y). Їх не можна розкладати на суму чи різницю логарифмів.
Запам'ятай: логарифм «дружній» до множення й ділення, але не до додавання й віднімання аргументів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Коли аргумент логарифма сам є степенем, показник можна винести множником. Це друга ключова властивість, яка є в довідці НМТ.
Формула логарифма степеня
Для x > 0, a > 0, a ≠ 1 і будь-якого дійсного k:
Показник степеня аргументу стає множником перед логарифмом. Наприклад:
log₂ 8⁵ = 5 · log₂ 8 = 5 · 3 = 15
lg √10 = lg 10^(1/2) = ½ · lg 10 = ½ · 1 = 0,5
Увага: парний показник і від'ємний аргумент
Якщо показник степеня k — парне число, а x може бути від'ємним (але x ≠ 0), то xᵏ > 0, і логарифм існує. У такому разі:
Модуль захищає від втрати знака. Наприклад, log₂(−3) не існує, але log₂ 9 = 2 log₂ 3. Якщо записати 2 log₂(−3) — це помилка, бо логарифм від'ємного числа не визначений.
Внесення коефіцієнта як показника
Формула працює й у зворотний бік: множник перед логарифмом можна «внести» як показник аргументу. Це допомагає згортати вирази:
2 log₅ 10 − log₅ 4 = log₅ 10² − log₅ 4 = log₅ 100 − log₅ 4 = log₅(100/4) = log₅ 25 = 2
½ log₃ 81 = log₃ 81^(½) = log₃ 9 = 2
Основа-степінь: log з основою aᵏ
Коли основа сама є степенем, використовуй формулу, яка є в довідці НМТ:
Зверни увагу: множник 1/k, а не k. Поширена помилка — помножити на k замість поділити. Розгляньмо приклади:
log₈ 32 = log_{2³} 2⁵ = 5/3 (правильно)
log₉ 27 = log_{3²} 3³ = 3/2
log_{√3} 9 = log_{3^(½)} 3² = 2 / (½) = 4
Не плутай: (logₐ x)² ≠ 2 logₐ x
Квадрат логарифма — це зовсім інша річ, ніж подвоєний логарифм. (logₐ x)² означає, що спочатку обчислюють логарифм, а потім підносять результат до квадрата. А 2 logₐ x — це логарифм, помножений на 2.
Вираз | lg 100 | lg 1000 |
|---|---|---|
(lg x)² | (2)² = 4 | (3)² = 9 |
2 lg x | 2 · 2 = 4 | 2 · 3 = 6 |
Для lg 100 значення збіглися випадково (бо 2² = 2·2), але для lg 1000 вже 9 ≠ 6. Ніколи не плутай ці вирази.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Іноді логарифми мають різні основи, і їх неможливо спростити без зміни основи. Для цього існує формула переходу до нової основи. Її немає в довідці НМТ, тому її треба вміти виводити або запам'ятати.
Формула переходу до нової основи
Для a > 0, a ≠ 1, c > 0, c ≠ 1, b > 0:
Формулу виводять з основної логарифмічної тотожності a^(logₐ b) = b. Прологарифмуй обидві частини за новою основою c — і отримаєш log_c b = log_c a · logₐ b, звідки й випливає формула.
Наслідки формули
З формули переходу випливають три важливі наслідки:
logₐ b = 1 / log_b a — оберненість логарифмів
logₐ b · log_b a = 1 — добуток взаємно обернених логарифмів дорівнює 1
logₐ b · log_b c = logₐ c — ланцюжок переходу через проміжну основу
Приклад на наслідок:
Тут ми перемножили логарифми з різними основами, скориставшись тим, що log₂ 3 · log₃ 8 = log₂ 8.
Частка логарифмів — це не логарифм частки
Поширена помилка: замінювати частку логарифмів на логарифм частки. Наприклад:
lg 8 / lg 2 ≠ lg(8/2) = lg 4
Правильно: lg 8 / lg 2 = log₂ 8 = 3 (за формулою переходу до нової основи)
Частка логарифмів з однаковою основою — це перехід до нової основи, а не логарифм частки.
Вираження логарифма через заданий
Такі завдання трапляються в тестах з математики. Дано значення одного логарифма — треба виразити через нього інший.
Приклад: log₂ 3 = a. Виразити log₂ 18.
Розв'язання: розкладаємо 18 на множники: 18 = 2 · 3². Тоді:
Інші приклади:
log₂ 12 = log₂(2² · 3) = 2 + a
log₃ 2 = 1 / log₂ 3 = 1/a
Якщо lg 2 = m, то lg 5 = lg(10/2) = lg 10 − lg 2 = 1 − m
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
У реальних завданнях НМТ логарифмічні вирази рідко бувають простими — вони поєднують кілька властивостей одночасно. Тут стане в пригоді чіткий алгоритм.
Алгоритм спрощення складених логарифмічних виразів
Звести всі логарифми до однієї основи (за формулою переходу)
Унести коефіцієнти як показники аргументів
Зібрати суму/різницю в один логарифм (добуток/частка)
Обчислити отриманий логарифм за означенням або основною тотожністю
Приклад 1: різниця логарифмів і перехід до іншої основи
Обчислити (log₂ 48 − log₂ 3) · log₄ 2.
Крок 1. Згортаємо різницю: log₂ 48 − log₂ 3 = log₂(48/3) = log₂ 16 = 4.
Крок 2. Обчислюємо log₄ 2: за формулою основи-степеня 4 = 2², тому log₄ 2 = ½.
Крок 3. Множимо: 4 · ½ = 2.
Приклад 2: сума логарифмів у чисельнику й знаменнику
Обчислити (lg 8 + lg 18) / (2 lg 2 + lg 3).
Крок 1. Чисельник: lg 8 + lg 18 = lg(8 · 18) = lg 144.
Крок 2. Знаменник: 2 lg 2 + lg 3 = lg 2² + lg 3 = lg 4 + lg 3 = lg(4 · 3) = lg 12.
Крок 3. Маємо lg 144 / lg 12. За формулою переходу до нової основи це log₁₂ 144 = 2, бо 12² = 144.
Відповідь: 2.
Основна тотожність разом з властивостями
Основна логарифмічна тотожність a^(logₐ b) = b часто поєднується з властивостями логарифмів.
Приклад 3: обчислити 36^(log₆ 5).
Зауваж, що 36 = 6². Тоді:
Приклад 4: обчислити 10^(1 − lg 4).
Пам'ятай: основна тотожність a^(logₐ b) = b — це твій головний інструмент, коли логарифм стоїть у показнику степеня.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо чотири типові завдання НМТ на властивості логарифмів — з детальним розв'язанням і поясненням, чому інші варіанти неправильні.
Приклад 1. Обчислити log₆ 4 + log₆ 9
Завдання з вибором однієї відповіді з п'яти.
Розв'язання. За формулою логарифма добутку: log₆ 4 + log₆ 9 = log₆(4 · 9) = log₆ 36. Оскільки 6² = 36, то log₆ 36 = 2.
Відповідь: 2.
Чому інші варіанти неправильні:
log₆ 13 — помилка: додали аргументи замість перемножити (log₆(4 + 9) замість log₆(4 · 9))
36 — це значення аргументу, а не логарифма
6 — log₆ 36 = 2, а не 6
1 — log₆ 6 = 1, але тут маємо log₆ 36
Приклад 2. Обчислити (lg 8 + lg 18) / (2 lg 2 + lg 3)
Завдання з вибором однієї відповіді з п'яти.
Розв'язання. Чисельник: lg 8 + lg 18 = lg(8 · 18) = lg 144. Знаменник: 2 lg 2 + lg 3 = lg 2² + lg 3 = lg 4 + lg 3 = lg(4 · 3) = lg 12. Отже, маємо lg 144 / lg 12. За формулою переходу до нової основи це log₁₂ 144. Оскільки 12² = 144, то log₁₂ 144 = 2.
Відповідь: 2.
Чому інші варіанти неправильні:
lg 12 — помилка: частку логарифмів замінено логарифмом частки (lg(144/12) = lg 12)
12 — це значення аргументу, а не логарифма
1 — log₁₂ 12 = 1, але маємо log₁₂ 144
5 — результат довільних неправильних перетворень
Приклад 3. Логічні пари: вираз ↔ значення
Установи відповідність між виразами (1–3) та їхніми значеннями (А–Д).
Вираз | Значення |
|---|---|
1) log₂ 3 · log₃ 8 | А) 3 |
2) log₈ 32 | Б) 5/3 |
3) 36^(log₆ 5) | В) 25 |
Г) 4 | |
Д) 5 |
Розв'язання.
1) log₂ 3 · log₃ 8 = log₂ 8 = 3 (за наслідком формули переходу: logₐ b · log_b c = logₐ c). Отже, 1 → А.
2) log₈ 32 = log_{2³} 2⁵ = 5/3 (за формулою основи-степеня). Отже, 2 → Б.
3) 36^(log₆ 5) = (6²)^(log₆ 5) = 6^(2 log₆ 5) = 6^(log₆ 5²) = 5² = 25. Отже, 3 → В.
Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В.
Приклад 4. Виразити log₂ 18 через a, якщо log₂ 3 = a
Завдання з вибором однієї відповіді з п'яти.
Розв'язання. Розкладаємо 18 на множники: 18 = 2 · 3². Тоді:
Відповідь: 1 + 2a.
Чому інші варіанти неправильні:
2 + a — так було б, якби 18 = 4 · 3 = 2² · 3, але 18 = 2 · 9 = 2 · 3²
1 + a² — квадрат логарифма, а не подвоєний логарифм
2a + 2 — подвоєна одиниця замість 1 + 2a
6a — log₂ 3⁶ = 6a, але 18 ≠ 3⁶
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
На НМТ перевіряють не лише вміння застосовувати формули, а й здатність помітити пастку. Ось найпоширеніші помилки, яких варто уникати.
logₐ(x + y) = logₐ x + logₐ y — це НЕПРАВИЛЬНО. Формула логарифма добутку працює лише для множення, а не для додавання. Правильно: logₐ(xy) = logₐ x + logₐ y.
Частку логарифмів lg 8 / lg 2 замінюють логарифмом частки lg(8/2) = lg 4. Це помилка: lg 8 / lg 2 = log₂ 8 = 3 за формулою переходу до нової основи.
(logₐ x)² плутають з 2 logₐ x. Квадрат логарифма — це (logₐ x)·(logₐ x), а подвоєний логарифм — 2·logₐ x. Вони збігаються лише коли logₐ x = 0 або logₐ x = 2.
У формулі для основи aᵏ помилково множать на k замість ділити: log₈ 32 = 3·5 = 15. Правильно: log_{2³} 2⁵ = 5/3.
Властивості логарифмів застосовують до логарифмів з різними основами без попереднього переходу до однієї основи. Наприклад, log₂ 5 + log₃ 7 не можна згорнути в один логарифм, доки не зведено до спільної основи.
logₐ x² = 2 logₐ x записують для від'ємного x, забуваючи про модуль. Правильно: logₐ x² = 2 logₐ |x|, бо логарифм існує лише для додатних аргументів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Властивості логарифмів належать до теми 1.3 програми НМТ з математики. Розуміння того, як саме їх перевіряють, допоможе ефективно розподілити час на іспиті.
Формати завдань
Завдання № 4–15 — вибір однієї відповіді з п'яти (А–Д), 0 або 1 бал. Типове формулювання: «Обчислити log₆ 4 + log₆ 9» або «Якщо log₂ 3 = a, то log₂ 18 дорівнює…»
Завдання № 17 — «логічні пари»: три вирази (1–3) і п'ять значень (А–Д), два з яких зайві. Кожна правильна пара дає 1 бал, максимум 3 бали. Приклад: установити відповідність між логарифмічними виразами та їхніми значеннями.
Що можна використовувати з довідки
У довідці НМТ є такі формули:
Логарифм добутку: logₐ(xy) = logₐ x + logₐ y
Логарифм частки: logₐ(x/y) = logₐ x − logₐ y
Логарифм степеня: logₐ xᵏ = k · logₐ x
Основна логарифмічна тотожність: a^(logₐ b) = b
Формула для основи aᵏ: log_{aᵏ} b = (1/k) · logₐ b
Загальної формули переходу до нової основи в довідці немає — її треба або запам'ятати, або вміти вивести з основної тотожності.
Де ще знадобляться властивості логарифмів
Властивості логарифмів потрібні не лише в завданнях на обчислення виразів. Вони є ключовим інструментом для розв'язування логарифмічних рівнянь (тема 2.1 програми). Наприклад, у демоваріанті НМТ 2026 року завдання № 4 — найпростіше логарифмічне рівняння.
Порада: на НМТ спочатку перевір, чи можна згорнути суму/різницю логарифмів в один. Якщо основи різні — застосуй формулу переходу. Якщо вираз складний — рухайся за алгоритмом: звести основи → внести коефіцієнти → згорнути → обчислити.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому логарифм суми не дорівнює сумі логарифмів?
Логарифм «дружній» до множення, бо степені додаються при множенні: aᵐ · aⁿ = aᵐ⁺ⁿ. Але додавання аргументів не відповідає жодній простій операції зі степенями. Наприклад, 2³ + 2⁴ = 8 + 16 = 24, і це не є степенем двійки. Тому log₂(8 + 16) не можна спростити через log₂ 8 і log₂ 16 — для цього просто немає формули.
Як обчислити вираз, якщо логарифми мають різні основи?
Спочатку зведи всі логарифми до однієї основи за формулою переходу: logₐ b = log_c b / log_c a. Найчастіше зручно брати основу 10 (десяткові логарифми) або ту основу, яка вже є в більшості доданків. Після зведення до спільної основи застосовуй звичайні властивості — добутку, частки, степеня.
Чим відрізняються (log₂ x)² і log₂ x²?
(log₂ x)² — це квадрат числа log₂ x. Спочатку обчислюєш логарифм, потім підносиш результат до квадрата. Наприклад, (log₂ 8)² = 3² = 9. А log₂ x² — це логарифм квадрата x. Тут спочатку підносиш x до квадрата, а потім береш логарифм. За властивістю log₂ x² = 2 log₂ x. Наприклад, log₂ 8² = log₂ 64 = 6. Отже, (log₂ 8)² = 9, а log₂ 8² = 6 — це різні числа.
Навіщо запам'ятовувати формулу переходу до нової основи, якщо її немає в довідці?
По-перше, вивести її з основної тотожності — це зайві 30 секунд на іспиті, яких може не вистачити. По-друге, наслідки з неї (logₐ b · log_b a = 1, logₐ b · log_b c = logₐ c) дуже часто зустрічаються в завданнях — і їх також немає в довідці. Якщо ти знаєш формулу переходу напам'ять, ти економиш час і зменшуєш ризик помилки.
Як виразити log₂ 12 через log₂ 3?
Розклади 12 на множники: 12 = 3 · 4 = 3 · 2². Тоді log₂ 12 = log₂(3 · 2²) = log₂ 3 + log₂ 2² = log₂ 3 + 2 log₂ 2 = a + 2, де a = log₂ 3. Аналогічно для log₂ 18: 18 = 2 · 3², тому log₂ 18 = 1 + 2a. Головне — подати число як добуток степенів основи (2) і заданого числа (3).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Логарифм добутку — сума логарифмів: logₐ(xy) = logₐ x + logₐ y
Логарифм частки — різниця логарифмів: logₐ(x/y) = logₐ x − logₐ y
Показник степеня аргументу виносимо множником: logₐ xᵏ = k · logₐ x
Основа aᵏ дає множник 1/k: log_{aᵏ} b = (1/k) · logₐ b
Формула переходу до нової основи: logₐ b = log_c b / log_c a
Наслідок: logₐ b · log_b a = 1
Для суми й різниці аргументів (logₐ(x ± y)) формул немає — не плутай!
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Обчисліть $\log_8 32$.
2. Обчисліть $2 \log_5 10 - \log_5 4$.
3. Відомо, що $\log_2 3 = a$. Виразіть $\log_2 18$ через $a$.
4. Обчисліть $\log_2 3 \cdot \log_3 8$.
5. Обчисліть значення виразу $\log_6 4 + \log_6 9$.
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест