Перейти до основного вмісту
Каталог

Логарифм: означення й основна логарифмічна тотожність

~15 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань

Перетворення виразів
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + українська література.

Логарифм числа за даною основою — показник степеня, до якого треба піднести основу, щоб отримати це число. Розглянуто умови існування логарифма, десяткові та натуральні логарифми, основну логарифмічну тотожність.

Означення логарифма та умови його існування

Логарифм — одне з ключових понять математики, яке дозволяє «розв'язувати» показник степеня. У цьому розділі ти дізнаєшся, що таке логарифм, за яких умов він існує, і навчишся обчислювати найпростіші логарифми.

Означення логарифма

Нехай маємо рівність aᶜ = b, де a > 0, a ≠ 1, b > 0. Тоді показник степеня c називають логарифмом числа b за основою a і записують:

Іншими словами, logₐ b — це показник степеня, до якого треба піднести основу a, щоб отримати число b.

Наприклад:

  • log₂ 32 = 5, тому що 2⁵ = 32

  • log₃ 81 = 4, тому що 3⁴ = 81

  • log₁₀ 1000 = 3, тому що 10³ = 1000

Умови існування логарифма

Логарифм logₐ b має зміст (існує) лише тоді, коли виконані три умови:

Умова

Чому саме так?

Приклад порушення

a > 0

Від'ємне число в дійсному степені не завжди має зміст

log₍₋₂₎ 8 — не існує

a ≠ 1

1 у будь-якому степені дорівнює 1, тому 1ᶜ = b ≠ 1 неможливо

log₁ 5 — не існує

b > 0

Додатна основа в будь-якому дійсному степені дає додатний результат

log₂(−4), log₃ 0 — не існують

Запам'ятай: основа додатна й не дорівнює 1, аргумент (число під логарифмом) додатний. Саме ж значення логарифма (результат) може бути будь-яким дійсним числом — додатним, від'ємним, нулем або дробом.

Від'ємні й дробові значення логарифма

Оскільки степінь може бути від'ємним або дробовим, логарифм теж може набувати таких значень. Розгляньмо приклади:

  • log₃(1/9) = −2, тому що 3⁻² = 1/9

  • log₀,₅ 8 = −3, тому що (0,5)⁻³ = (1/2)⁻³ = 2³ = 8

  • log₂ √2 = 1/2, тому що 2^(1/2) = √2

  • log₄ 8 = 3/2, тому що 4^(3/2) = (√4)³ = 2³ = 8

Окремі випадки

Декілька значень логарифма варто запам'ятати — вони часто трапляються в завданнях:

  • logₐ 1 = 0 (бо a⁰ = 1 для будь-якого a ≠ 0)

  • logₐ a = 1 (бо a¹ = a)

  • logₐ aᶜ = c (бо aᶜ = aᶜ)

Логарифм виразу зі змінною

Коли під логарифмом стоїть не число, а вираз зі змінною, цей вираз має бути додатним. Наприклад:

  • log₃(x − 2) має зміст лише тоді, коли x − 2 > 0, тобто x > 2

  • log₅(4 − x²) має зміст, коли 4 − x² > 0, тобто −2 < x < 2

Це важливо пам'ятати під час розв'язування логарифмічних рівнянь і нерівностей — спочатку визначають область допустимих значень (ОДЗ).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Десятковий і натуральний логарифми

У математиці та на НМТ найчастіше трапляються два особливих види логарифмів — десятковий і натуральний. Вони мають окремі позначення й окремі назви.

Десятковий логарифм

Десятковим логарифмом називають логарифм з основою 10. Його позначають lg b замість log₁₀ b:

Приклади обчислення десяткових логарифмів:

  • lg 1000 = 3, тому що 10³ = 1000

  • lg 100 = 2, тому що 10² = 100

  • lg 10 = 1, тому що 10¹ = 10

  • lg 1 = 0, тому що 10⁰ = 1

  • lg 0,01 = −2, тому що 10⁻² = 1/100 = 0,01

  • lg 0,001 = −3, тому що 10⁻³ = 1/1000 = 0,001

Зверни увагу: lg 2, lg 5, lg 7 тощо не є «гарними» числами — їх не можна виразити скінченним десятковим дробом. У типових завданнях НМТ такі значення залишають у записі lg 2, lg 5 або скорочують під час перетворень.

Натуральний логарифм

Натуральним логарифмом називають логарифм з основою e, де e — ірраціональне число (число Ейлера, або неперове число):

Натуральний логарифм позначають ln b замість logₑ b:

Приклади обчислення натуральних логарифмів:

  • ln e = 1, тому що e¹ = e

  • ln 1 = 0, тому що e⁰ = 1

  • ln e³ = 3, тому що e³ = e³

  • ln(1/e) = −1, тому що e⁻¹ = 1/e

  • ln e⁵ = 5

Як і з десятковими, «негарні» натуральні логарифми (ln 2, ln 3, ln 5) не обчислюють наближено — їх залишають у такому вигляді.

Зведена таблиця

Позначення

Основа

Назва

Приклад

lg b

10

Десятковий логарифм

lg 0,01 = −2

ln b

e ≈ 2,718

Натуральний логарифм

ln e² = 2

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Основна логарифмічна тотожність

Основна логарифмічна тотожність пов'язує логарифм і степінь. Вона випливає безпосередньо з означення логарифма й дуже часто використовується в завданнях НМТ.

Формула тотожності

Якщо a > 0, a ≠ 1, b > 0, то:

Чому це так? За означенням, logₐ b — це саме той показник степеня, до якого треба піднести a, щоб отримати b. Отже, підносячи a до цього показника, ми за визначенням отримуємо b.

Найпростіші приклади

  • 5^(log₅ 7) = 7

  • 10^(lg 3) = 3 (бо lg 3 = log₁₀ 3)

  • e^(ln 4) = 4 (бо ln 4 = logₑ 4)

  • 2^(log₂ 15) = 15

Застосування разом з властивостями степенів

Найцікавіше починається, коли основна логарифмічна тотожність комбінується з правилами дій над степенями. Тоді ми можемо обчислювати складніші вирази.

Розгляньмо вираз 2^(3 + log₂ 5). За властивістю добутку степенів з однаковою основою:

Тут ми спочатку розклали суму показників на множники, а потім застосували основну тотожність до 2^(log₂ 5) = 5.

Ще приклади:

  • 3^(2 log₃ 5) = (3^(log₃ 5))² = 5² = 25

  • 7^(−log₇ 2) = (7^(log₇ 2))⁻¹ = 2⁻¹ = 1/2 = 0,5

  • 4^(1 + log₄ 3) = 4¹ · 4^(log₄ 3) = 4 · 3 = 12

  • 10^(2 lg 5) = (10^(lg 5))² = 5² = 25

Основна логарифмічна тотожність є в довідкових матеріалах НМТ, тому її не треба заучувати напам'ять — але треба вміти нею користуватися.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розгляньмо типові завдання НМТ на означення логарифма й основну логарифмічну тотожність. Кожен приклад супроводжується покроковим розв'язанням і поясненням, чому інші варіанти відповіді неправильні.

Приклад 1. Обчислення логарифма з від'ємним значенням

Завдання (вибір однієї відповіді з п'яти). Обчислити log₃(1/9).

Розв'язання. За означенням логарифма: log₃(1/9) = c означає, що 3ᶜ = 1/9. Запишемо 1/9 як степінь числа 3: 1/9 = 1/3² = 3⁻². Отже, 3ᶜ = 3⁻², звідки c = −2.

Відповідь: −2.

Чому інші варіанти неправильні:

  • 2 — типова помилка: забувають, що 1/9 — це дріб, тому показник має бути від'ємним

  • 1/2 — плутають логарифм з коренем або діленням

  • −1/2 — неправильно подають 1/9 як 3⁻¹/²

  • −3 — плутають основу й аргумент: log₃(1/9) ≠ −3, бо 3⁻³ = 1/27

Приклад 2. Основна логарифмічна тотожність з сумою в показнику

Завдання (вибір однієї відповіді з п'яти). Обчислити 2^(3 + log₂ 5).

Розв'язання. За властивістю множення степенів з однаковою основою:

Відповідь: 40.

Чому інші варіанти неправильні:

  • 13 — обчислюють 2³ = 8 і додають 5 замість множити: 8 + 5 = 13

  • 15 — перемножують 3 · 5 замість 2³ · 5

  • 256 — у показнику додають 3 + 5 = 8 (тобто беруть log₂ 5 за 5) і обчислюють 2⁸ = 256

  • 10 — вважають, що 2³ = 8, log₂ 5 = 2 (бо 2² = 4, а не 5), і 8 + 2 = 10

Приклад 3. Логічні пари «вираз — значення»

Завдання (логічні пари). Установити відповідність між виразами (1–3) та їхніми значеннями (А–Д).

Вираз

Значення

1) log₂ 32

А) −3

2) lg 0,001

Б) 5

3) 5^(log₅ 7)

В) 7

Г) 16

Д) −1/3

Розв'язання.

  • 1) log₂ 32: 2⁵ = 32, тому log₂ 32 = 5. Отже, 1 → Б.

  • 2) lg 0,001 = log₁₀ 0,001: 10⁻³ = 0,001, тому lg 0,001 = −3. Отже, 2 → А.

  • 3) 5^(log₅ 7): за основною логарифмічною тотожністю 5^(log₅ 7) = 7. Отже, 3 → В.

Відповідь: 1–Б, 2–А, 3–В.

Чому інші варіанти не підходять: Г) 16 — це log₂ 32, якщо помилково поділити 32 на 2; Д) −1/3 — плутають lg 0,001 = −3 з оберненим значенням.

Приклад 4. Умови існування логарифма

Завдання (вибір однієї відповіді з п'яти). Який із наведених виразів не має змісту?

  • А) log₂ 0,5

  • Б) log₀,₅ 2

  • В) lg 1

  • Г) log₃(−9)

  • Д) ln e

Розв'язання. Перевіряємо умови існування логарифма: основа додатна й не дорівнює 1, аргумент додатний.

  • log₂ 0,5: основа 2 > 0, 2 ≠ 1, аргумент 0,5 > 0 — має зміст (дорівнює −1).

  • log₀,₅ 2: основа 0,5 > 0, 0,5 ≠ 1, аргумент 2 > 0 — має зміст (дорівнює −1).

  • lg 1 = 0 — має зміст.

  • log₃(−9): аргумент −9 < 0 — не має змісту.

  • ln e = 1 — має зміст.

Відповідь: log₃(−9).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Навіть добре знаючи теорію, на НМТ легко припуститися помилки через неуважність або хибні аналогії. Ось найпоширеніші пастки, яких варто уникати.

  • Вважають, що логарифм від'ємного числа чи нуля існує. Наприклад, пишуть log₂(−8) = −3, бо 2⁻³ = 1/8, а не −8. Насправді log₂(−8) не існує, бо аргумент має бути додатним.

  • Ділять аргумент на основу замість шукати показник степеня. Наприклад, log₂ 8 = 4 (бо 8 : 2 = 4) — це груба помилка. Правильно: 2³ = 8, тому log₂ 8 = 3.

  • Вважають, що логарифм не може бути від'ємним. Через це log₃(1/9) обчислюють як 2, забуваючи, що 1/9 = 3⁻², а не 3². Логарифм може бути будь-яким дійсним числом.

  • У виразі 2^(3 + log₂ 5) додають 8 і 5 замість множити. Помилка: 2³ = 8, 2^(log₂ 5) = 5, і далі пишуть 8 + 5 = 13. Правильно: 8 · 5 = 40.

  • Губиться «мінус» у десятковому логарифмі малих чисел. Наприклад, lg 0,01 = 2 замість −2. Завжди перевіряй: 10² = 100, а не 0,01.

  • Допускають основу 1 або від'ємну основу. Наприклад, пишуть log₁ 5 = 5 або log₍₋₂₎ 8 = 3. Такі логарифми не мають змісту, бо основа не може дорівнювати 1 або бути від'ємною.

Пам'ятай: перевіряй умови існування логарифма щоразу, коли бачиш запис logₐ b. Якщо a ≤ 0, a = 1 або b ≤ 0 — вираз не має змісту.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Означення логарифма, десятковий і натуральний логарифми та основна логарифмічна тотожність входять до теми 1.3 програми НМТ з математики («Логарифмічні вирази»). Основна логарифмічна тотожність наведена в довідкових матеріалах, які ти отримаєш на тестуванні.

Формат завдань

  • Завдання № 4–15 — вибір однієї відповіді з п'яти (А–Д). Кожне оцінюється в 0 або 1 бал. Типове завдання: «Обчислити log₂ 16», «Знайти значення виразу 3^(2 + log₃ 4)» тощо.

  • Завдання № 17 — «логічні пари» (1–3 → А–Д). Потрібно встановити відповідність між логарифмічними виразами та їхніми значеннями. Оцінюється від 0 до 3 балів (по 1 балу за кожну правильну пару).

  • Завдання № 4 демоваріанта 2026 року — найпростіше логарифмічне рівняння, де означення логарифма є ключовим кроком розв'язання.

Стратегія розв'язання

Для будь-якого завдання з логарифмом дотримуйся такого алгоритму:

  1. Переклади логарифм у питання: «У який степінь треба піднести основу a, щоб отримати b?»

  2. Перевір умови: a > 0, a ≠ 1, b > 0. Якщо хоч одна умова не виконується — вираз не має змісту.

  3. Зроби перевірку: піднеси основу до знайденого показника — має вийти аргумент логарифма.

Наприклад, обчислюючи log₄ 8, подумай: «4 у якому степені дає 8?» 4¹ = 4, 4² = 16 — між ними. Тоді 4^(3/2) = (√4)³ = 2³ = 8. Отже, log₄ 8 = 3/2. Перевірка: 4^(3/2) = 8 — правильно.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому основа логарифма не може дорівнювати 1?

Якщо основа дорівнює 1, то 1 у будь-якому степені дорівнює 1. Тому рівняння 1ᶜ = b при b ≠ 1 не має розв'язку, а при b = 1 має безліч розв'язків (будь-яке c). У жодному разі не можна однозначно визначити показник степеня, тому логарифм з основою 1 не визначають.

Чи може логарифм бути від'ємним числом?

Так, логарифм може бути будь-яким дійсним числом, зокрема від'ємним. Наприклад, log₂(1/4) = −2, бо 2⁻² = 1/4; lg 0,1 = −1, бо 10⁻¹ = 0,1. Якщо основа a > 1, від'ємний логарифм означає, що аргумент менший за 1 (але додатний); якщо 0 < a < 1 — що аргумент більший за 1 (наприклад, log₀,₅ 8 = −3).

Що означають позначення lg і ln?

lg b — це десятковий логарифм, тобто логарифм з основою 10: lg b = log₁₀ b. ln b — це натуральний логарифм, тобто логарифм з основою e (число Ейлера, e ≈ 2,718): ln b = logₑ b. Обидва позначення є стандартними й використовуються в завданнях НМТ.

Чому логарифм від'ємного числа не існує?

Будь-яке додатне число (крім 1) у дійсному степені завжди дає додатний результат. Наприклад, 2³ = 8, 2⁻³ = 1/8, 2^(1/2) = √2 ≈ 1,414. Ніколи додатна основа не дає від'ємного числа або нуля. Тому рівняння aᶜ = b при b ≤ 0 не має розв'язку в дійсних числах, і логарифм не існує.

Як обчислити log₄ 8, якщо 8 не є цілим степенем числа 4?

Подай 4 і 8 як степені спільної основи (2): 4 = 2², 8 = 2³. Тоді log₄ 8 = log₍₂²₎ 2³. Подумай: (2²) у якому степені дає 2³? (2²)^(3/2) = 2^(2·3/2) = 2³. Отже, log₄ 8 = 3/2. Перевірка: 4^(3/2) = (√4)³ = 2³ = 8.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • Означення: logₐ b = c ⇔ aᶜ = b (a > 0, a ≠ 1, b > 0).

  • Умови існування: основа a > 0, a ≠ 1; аргумент b > 0. Саме значення логарифма — будь-яке дійсне число.

  • Окремі випадки: logₐ 1 = 0, logₐ a = 1, logₐ aᶜ = c.

  • Десятковий логарифм: lg b = log₁₀ b.

  • Натуральний логарифм: ln b = logₑ b, де e ≈ 2,718.

  • Основна логарифмічна тотожність: a^(logₐ b) = b (за умов a > 0, a ≠ 1, b > 0).

  • Комбінування: a^(m + logₐ n) = aᵐ · n; a^(k · logₐ n) = nᵏ.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

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 $3^{2\log_3 5}$.

2. Обчисліть $\ln e^2$.

3. Обчисліть $\log_4 8$.

4. Який із наведених логарифмічних виразів **не має змісту**?

5. Обчисліть $\lg 0{,}001$.

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