2.2.1 对数的概念__图文.ppt
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§2.2.1对数的概念 时间:2018.10学习目标1. 理解对数的概念;2. 能够说明对数与指数的关系;3. 掌握对数式与指数式的相互转化. 一、【课前预习】(预习教材P 62~ P 64,找出疑惑之处) 1、指数式 a b =N 中(1)已知a 、b 求N 是 运算。
(2)已知b 、N 求a 是 运算。
(3)已知a 、N 可以求b 吗?2、对数的概念:若N a x =)1,0(≠>a a ,那么数x 叫做以.a 为底..N 的对数记作: N x a log = a — 底数,N — 真数,N a log — 对数式3、对数式与指数式的相互转化 ,x N N a a x=⇔=log 。
; 4、两个重要对数:1、 常用对数 N lg = ;2、自然对数 N ln = . 5、负数与零有没有对数? 负数和零没有对数.6、根据对数定义求log a 1和log a a(a>0,a ≠1)的值.7、N a a log =N 与log a a b =b(a>0,a ≠1)是否成立?(两个恒等式) 二、【讲授新课】:1、对数的概念的解读:(1)为什么在对数定义中规定a>0,a ≠1?(了解)若a <0,则N 为某些值时,b 不存在,如log (-2)21;若a=0,N 不为0时,b 不存在,如log 03,N 为0时,b 可为任意正数,是不唯一的,即log 00有无数个值;若a=1,N 不为1时,b 不存在,如log 12,N 为1时,b 可为任意数,是不唯一的,即log 11有无数个值.总之,就规定了a >0且a ≠1.(2)注意对数的书写格式.(3)对数式与指数式的相互转化 :x N a =log ⇔ N a x =对数式 ⇔ 指数式 对数底数 ← a → 幂底数 对数 ← x → 指数 真数 ← N → 幂说明:若是指数式化为对数式,关键要看清指数是几,再写成对数式.若是对数式化为指数式,则要看清真数是几,再写成幂的形式.最关键的是搞清N 与b 在指数式与对数式中的位置,千万不可大意,其中对数的定义是指数式与对数式互化的依据.在关系式a x =N 中,已知a 和x 求N 的运算称为求幂运算,而如果已知a 和N 求x 的运算就是对数运算,两个式子实质相同而形式不同,互为逆运算. 指数式与对数式互化时的技巧及应注意的问题(1)技巧:若是指数式化为对数式,只要将幂作为真数,指数当成对数值,而底数不变即可;若是对数式化为指数式,则正好相反. (2)注意问题:①利用对数式与指数式间的互化公式互化时,要注意字母的位置改变;②对数式的书写要规范:底数要写在符号“㏒”的右下角,真数正常表示.4.“三角度”认识对数式: 角度一:对数式log a N 可看作一种记号,只有在a>0,a ≠1,N>0时才有意义. 角度二:对数式log a N 也可以看作一种运算,是在已知a b =N 求b 的前提下提出的. 角度三:log a N 是一个数,是一种取对数的运算,结果仍是一个数,不可分开书写,也不可认为是log a 与 N 的乘积. 2、对数的性质的解读:(1)因为底数a >0且a ≠1,由指数函数的性质可知,对任意的b ∈R ,a b>0恒成立,即只有正数才有对数,零和负数没有对数. (2)log a 1=0,log a a=1.(重要)因为对任意a>0且a ≠1,都有a 0=1,所以log a 1=0. 同样易知:log a a=1. 即1的对数等于0,底的对数等于1. log a 1=0 与log a a=1 的作用:对数的这两个性质常常作为化“简”为“繁”的依据,即把0和1化为对数的形式,然后根据对数的有关性质求解问题.(3)因为a b =N,所以b=log a N,a b =N a a log =N,即Na a log =N. 因为ab =a b ,所以log a a b =b.故两个式子都成立. 对数恒等式:N aNa =log ; N a N a =log要注意对数恒等式Na a log =N 的格式:①它们是同底的;②指数中含有对数式;③其值为对数的真数. (4)两个重要对数:①常用对数:我们通常将以10为底的对数叫做常用对数.为了简便,N 的常用对数log 10N 简记作lgN.②自然对数:在科学技术中常常使用以无理数e=2.718 28……为底的对数,以e 为底的对数叫自然对数,为了简便,N 的自然对数log e N 简记作lnN. 三、【典例分析】:例1、将下列指数式写成对数式,对数式写成指数式:(1)54=625; (2)2-6=641; (3)(31)m =5.73;(4)log 2116=-4; (5)lg0.01=-2; (6)ln10=2.303.解:(1)log 5625=4; (2)log 2641=-6; (3)log 315.73=m;(4)(21)-4=16; (5)10-2=0.01; (6)e 2.303=10.变式训练 1. 将下列指数式写成对数式,对数式写成指数式:(1)2x =0.5; (2)54=625; (3)3-2=91; (4)(41)-2=16.(5)x =log 43; (6)x =log 731; (7)log 216=4; (8)log x 64=-6;解:(1)x =log 20.5; (2)4=log 5625; (3)-2=log 391;(4)-2=log 4116.(5)4x =3; (6)7x =31; (7)24=16; (8)x -6=64;例2求下列各式中x 的值:(1)log 64x=32-; (2)log x 8=6; (3)lg100=x; (4)-lne 2=x.分析:在解决对数式的求值问题时,根据指数式与对数式的关系,首先将其转化为指数式,再利用指数幂的运算性质求出x .解:(1)因为log 64x=-32,所以x=6432-=(2))32(6-⨯=2-4=161.(2)因为log x 8=6,所以x 6=8=23=(2)6.因为x>0,因此x=2. (3)因为lg100=x,所以10x =100=102.因此x=2. (4)因为-lne 2=x,所以lne 2=-x,e -x =e 2.因此x=-2.变式训练2、 求下列各式中的x : ①log 4x=21; ②log x 27=43; ③log 5(log 10x )=1.解:①由log 4x=21,得x=421=2; ②由log x 27=43,得x 43=27,所以x=2734=81;③由log 5(log 10x )=1,得log 10x=5,即x=105.例3计算:(1)log 927; (2)log 4381; (3)log )32(+(2-3); (4)log 345625.分析.利用对数的定义或对数恒等式来解.求式子的值,首先设成对数式,再转化成指数式或指数方程求解.另外利用对数恒等式可直接求解,所以有两种解法.解法一:(1)设x=log 927,则9x =27,32x =33,所以x=23;(2)设x=log 4381,则(43)x=81,34x=34,所以x=16; (3)令x=log )32(+(2-3)=log )32(+(2+3)-1,所以(2+3)x =(2+3)-1,x=-1;(4)令x=log 345625,所以(345)x =625,5(34)x=54,x=3.解法二:(1)log 927=log 933=log 9923=23; (2)log 4381=log 43(43)16=16; (3)log )32(+(2-3)=log )32(+(2+3)-1=-1; (4)log 345625=log 345(345)3=3.说明:求对数值的四个步骤:(1)设:设出所求对数值.(2)化:把对数式转化为指数式.(3)解:解有关方程.(4)答:总结得结果.提醒:求对数 log a b 就是求 a x =b 中的 x ,可利用指数的运算性质来处理. 四、【课堂练习】1、、对于a >0,a ≠1,下列结论正确的是( ) (1)若M=N,则log a M=log a N (2)若log a M=log a N,则M=N (3)若log a M 2=log a N 2,则M=N (4)若M=N,则log a M 2=log a N 2 A.(1)(3) B.(2)(4) C.(2) D.(1)(2)(4) 解:(1)若M=N,当M 为0或负数时log a M ≠log a N,因此错误;(2)由对数的定义,若log a M=log a N,则M=N,正确;(3)若log a M 2=log a N 2,则M=±N,因此错(4)若M=N=0时,则log a M 2与log a N 2都不存在,因此错误. 综上,(2)正确.答案:C思考题:2.(1)求log 84的值; (2)已知log a 2=m,log a 3=n,求a 2m+n 的值.解:(1)设log 84=x,根据对数的定义有8x =4,即23x =22,所以x=32,即log 84=32;(2)因为log a 2=m,log a 3=n,根据对数的定义有a m =2,a n =3, 所以a 2m+n =(a m )2·a n =(2)2·3=4×3=12.。
2.2.1 对数与对数运算1.对数的概念(1)定义:一般地,如果a x=N(a>0,且a≠1),那么数x叫做以a为底N的对数,记作x=log a N,其中a叫做对数的底数,N叫做真数.释疑点在对数log a N中规定a>0,且a≠1,N>0的原因(1)若a<0,则N为某些数值时,x不存在,如式子(-3)x=4没有实数解,所以log(-3)4不存在,因此规定a不能小于0;(2)若a=0,且N≠0时,log a N不存在;N=0时,log a0有无数个值,不能确定,因此规定a≠0,N≠0;(3)若a=1,且N≠1时,x不存在;而a=1,N=1时,x可以为任何实数,不能确定,因此规定a≠1;(4)由a x=N,a>0知N恒大于0.当a>0,且a≠1时.如图所示:比如:43=64⇔3=log464;log525=2⇔52=25;以前无法解的方程2x=3,学习了对数后就可以解得x=log23.谈重点对指数与对数的互化关系的理解(1)由指数式a b=N可以写成log a N=b(a>0,且a≠1),这是指数式与对数式互化的依据.从对数定义可知,对数式与指数式是同一种数量关系的两种不同表达形式.其关系如下表:(2)根据指数与对数的互化关系,可以得到恒等式a.指数与对数的互化是解决指数式和对数式有关问题的有效手段.【例1-1】下列指数式与对数式的互化中,不正确的一组是()A.100=1与lg 1=0B.131273-=与271log3=13-C.log39=2与129=3D.log55=1与51=5解析:指数式与对数式的互化中,其底数都不变,指数式中的函数值与对数式中的真数相对应,对于C,log39=2→32=9或129=3→log93=12.故选C.答案:C【例1-2】解析:(1)103=1 000(2)log210=x⇔2x=10.(3)e3=x⇔ln x=3.答案:(1)lg 1 000=3;(2)2x=10;(3)ln x=3.【例1-3】求下列各式中x的值:(1)log2(log5x)=0;(2)log3(lg x)=1;(3)log x27=34;(4)x=log84.解:(1)∵log2(log5x)=0,∴log5x=1.∴x=51=5.(2)∵log3(lg x)=1,∴lg x=31=3.∴x=103=1 000.(3)∵log x27=34,∴34x=27.∴x=()3427=34=81.(4)∵x=log84,∴8x=4.∴23x=22.∴3x=2,即x=23.2.对数的运算性质(1)对数的运算性质如果a>0,且a≠1,M>0,N>0,那么:①log a(M·N)=log a M+log a N;②log a MN=log a M-log a N;③log a M n=n log a M(n∈R).谈重点对对数的运算性质的理解(1)对应每一条运算性质,都要注意只有当式子中所有的对数符号都有意义时,等式才成立,如log2[(-3)·(-5)]=log2(-3)+log2(-5)是错误的.(2)巧记对数的运算性质:①两个正数的积的对数等于这两个正数的对数的积;②两个正数的商的对数等于这两个正数的对数的差;③正数幂的对数等于幂指数乘以同一底数幂的底数的对数.(2)谈重点利用对数的定义将对数问题转化为指数问题,再利用幂的运算性质,进行转化变形,然后把它还原为对数问题.如“log a(MN)=log a M+log a N”的推导:设log a M=m,log a N=n,则a m =M,a n=N,于是MN=a m·a n=a m+n,因此log a(MN)=log a M+log a N=m+n.【例2-1】若a>0,且a≠1,x>y>0,n∈N*,则下列各式:①log a x·log a y=log a(x+y);②log a x-log a y=log a(x-y);③log a(xy)=log a x·log a y;④logloglogaaax xy y=;⑤(log a x)n=log a x n;⑥1 log loga axx=-;⑦loglogaaxn=其中式子成立的个数为()A.2 B.3 C.4 D.5解析:答案:A辨误区应用对数的运算性质常见的错误常见的错误有:log a(M±N)=log a M±log a N;log a(M·N)=log a M·log a N;logloglogaaaMMN N=;log a M n=(log a M)n.【例2-2】计算:(1)2log122+log123;(2)lg 500-lg 5;(3)已知lg 2=0.301 0,lg 3=0.477 1,求解:(1)原式=log22+log123=log124+log123=log1212=1.(2)原式==lg 100=lg 102=2lg 10=2.(3)∵=1211lg 45lg 45lg(59)22==⨯=12(lg 5+lg 9)=2110lg lg322⎛⎫+⎪⎝⎭=12(1-lg 2+2lg 3),又∵lg 2=0.301 0,lg 3=0.477 1,∴12(1-0.301 0+2×0.477 1)=0.826 6.析规律对数的运算性质的作用(1)利用对数的运算性质,可以把乘、除、乘方、开方的运算转化为对数的加、减、乘、除运算,反之亦然,这种运算的互化可简化计算;(2)由于lg 2+lg 5=lg 10=1,所以lg 5=1-lg 2,这是在对数运算中经常用到的结论.3.换底公式(1)公式log a b=loglogccba(a>0,且a≠1;c>0,且c≠1,b>0).(2)公式推导:设log log c c bx a=,则log c b =x log c a =log c a x ,∴b =a x .∴x =log a b .∴log log c c ba=log a b .(3)公式的作用换底公式的作用在于把以a 为底的对数,换成了以c 为底的对数,特别有:lg log lg a N N a=,ln log ln a NN a =,利用它及常用对数表、自然对数表便可求任一个对数的值.(4)换底公式的三个推论:①log log m na a nN N m=(a ,N >0,且a ≠1,m ≠0,m ,n ∈R );②log a b =1log b a(a ,b >0,且a ,b ≠1);③log a b ·log b c ·log c d =log a d (a ,b ,c >0,且a ,b ,c ≠1,d >0).证明:①log am N n=log log log log n a a a m a N n N nN a m m==.②log a b =log 1log log b b b b a a=. ③log a b ·log b c ·log c d =lg lg lg lg lg lg lg lg b c d da b c a⋅⋅==log a d . 【例3-1】82log 9log 3的值是( )A .23B .32C .1D .2解析:(思路一)将分子、分母利用换底公式转化为常用对数,即82lg 9log 92lg 3lg 22lg8lg 3log 33lg 2lg 33lg 2==⋅=. (思路二)将分母利用换底公式转化为以2为底的对数,即2822222log 9log 9log 82log 32log 3log 33log 33===. 答案:A【例3-2】若log 34·log 48·log 8m =log 416,则m 等于( ) A .12B .9C .18D .27 解析:∵log 34·log 48·log 8m =log 416, ∴lg 4lg8lg lg 3lg 4lg8m⋅⋅=log 442=2,化简得 lg m =2lg 3=lg 9.∴m =9. 答案:B4.对数定义中隐含条件的应用根据对数的定义,对数符号log a N 中实数a 和N 满足的条件是底数a 是不等于1的正实数,真数N是正实数,即>0, >0,1, Naa⎧⎪⎨⎪≠⎩因此讨论对数问题时,首先要注意对数的底数和真数满足的隐含条件.对数概念比较难理解,对数符号初学时不太好掌握,学习时要抓住对数与指数相互联系,深刻理解对数与指数之间的关系,将有助于掌握对数的概念.【例4-1】已知对数log(1-a)(a+2)有意义,则实数a的取值范围是__________.解析:根据对数的定义,得2>0, 1>0, 11, aaa+⎧⎪-⎨⎪-≠⎩解得-2<a<0或0<a<1.答案:(-2,0) (0,1)【例4-2】若log(1-x)(1+x)2=1,则x=__________.解析:由题意知1-x=(1+x)2,解得x=0,或x=-3.验证知,当x=0时,log(1-x)(1+x)2无意义,故x=0不合题意,应舍去.所以x=-3.答案:x=-35.对数的化简、求值问题应用对数的定义、有关性质及运算法则等可以把乘、除、乘方、开方的运算转化为对数的加、减、乘、除运算,反之亦然,这种运算的互化可简化计算过程,加快计算速度.(1)同底数的对数式的化简、求值一是“拆”,将积、商的对数拆成对数的和、差.如39log5+log35=log39-log35+log35=log39=2.二是“收”,将同底数的对数和、差合成积、商的对数.如,39log5+log35=39log55⎛⎫⨯⎪⎝⎭=log39=2.三是“拆”与“收”相结合.(2)不同底数的对数式的化简、求值常用方法是利用换底公式,转化为同底数的对数式,进而进行化简,化简后再将底数统一进行计算.也可以在方向还不清楚的情况下,统一将不同的底换为常用对数等,再进行化简、求值.对数式的化简、求值,要灵活运用对数的性质、运算性质、换底公式和一些常见的结论,如log a1=0,log a a=1,a log a N=N,lg 2+lg 5=1,log a b·log b a=1等.【例5-1】化简求值:(1)4lg 2+3lg 5-1lg5;;(3)2log32-332log9+log38-5log35;(4)log2(1)+log2(1.分析:依据对数的运算性质进行化简,注意运算性质的正用、逆用以及变形应用.解:(1)原式=4325lg15⨯=lg 104=4.(2)原式=2124257521357751log 2(2log 3)log 2log 73212log 3log 2log 3log 223-⋅⋅=⎛⎫-⋅⋅ ⎪⎝⎭=-3log 32×log 23=-3.(3)原式=2log 32-(log 332-log 39)+3log 32-3 =5log 32-(5log 32-2log 33)-3=-1.(4)原式=log 2[(1)(1-3)]=log 2[(12-3]=log 2(3+3)=233log 222=.【例5-2】计算:(log 43+log 83)(log 32+log 92)-分析:按照对数的运算法则,无法进行计算,因此可先用换底公式将其化为同底对数,再对代数式进行化简计算.观察底数的特点,化成以2或以3为底的对数.解:原式=5422332111log 3log 3log 2log 2log 2232⎛⎫⎛⎫+++ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭=2323535535log 3log 2log 3log 2624624⨯+=⨯⨯⨯+ =555442+=. 6.条件求值问题对于带有附加条件的与对数式有关的求值问题,如果附加条件比较复杂,则需先对其进行变形、化简,并充分利用其最简结果解决问题.例如:设x =log 23,求332222x x x x ----的值时,我们可由x =log 23,求出2x=3,2-x =13,然后将它们代入332222x xx x----,可得33331322913122933x x x x --⎛⎫- ⎪-⎝⎭==--.【例6】已知3a =4b =36,求21a b+的值.解:(方法一)由3a =4b =36,得a =log 336,b =log 436. 故342121log 36log 36a b +=+=2log 363+log 364=log 369+log 364 =log 3636=1.(方法二)由3a =4b =36,得log 63a =log 64b =log 636, 即a log 63=b log 64=2. 于是2a =log 63,1b =log 62,21a b+=log 63+log 62=log 66=1. 析规律 与对数式有关的求值问题的解决方法 (1)注意指数式与对数式的互化,有些需要将对数式化为指数式,而有些需要将指数式化为对数式;(2)注意换底公式与对数的运算性质的应用,解题时应全方位、多角度地思考,注意已知条件和所求式子的前后照应.7.利用已知对数表示其他对数(1)换底公式的作用是将不同底的对数式转化成同底的对数式,将一般对数转化成自然对数或常用对数来运算.要注意换底公式的正用、逆用及变形应用.(2)用对数log a x 和log b y 等表示其他对数时,首先仔细观察a ,b 和所要表示的对数底数的关系,利用换底公式把所要表示的对数底数换为a ,b .解决此类题目时,通常用到对数的运算性质和换底公式.对数的运算性质总结:如果a >0,且a ≠1,M >0,N >0,那么: log a (M ·N )=log a M +log a N ;log aMN =log a M -log a N ; log a M n=n log a M (n ∈R ).换底公式:log a b =log log c c ba (a >0,且a ≠1;c >0,且c ≠1;b >0).(3)题目中有指数式和对数式时,要注意将指数式与对数式进行互化,统一成一种形式. 【例7-1】已知lg 2=a ,lg 3=b ,则log 36=( )A .a b a + B .a bb + C .a a b + D .b a b+解析:由换底公式得 log 36=lg 6lg(23)lg 2lg 3lg 3lg 3lg 3a bb⨯++===. 答案:B【例7-2】已知log 189=a,18b =5,求log 3645(用a ,b 表示).分析:利用指数式和对数式的互化公式,将18b =5化成log 185=b ,再利用换底公式,将log 3645化成以18为底的对数,最后进行对数运算即可.解:(方法一)∵log 189=a,18b =5, ∴log 185=b .于是log 3645=18181818181818181818log 45log (95)log 9log 5log 9log 518log 36log (182)1log 21log 9⨯++===⨯++ =181818log 9log 52log 92a b a++=--. (方法二)∵log 189=a ,且18b =5, ∴lg 9=a lg 18,lg 5=b lg 18. ∴log 3645=2lg 45lg(95)lg 9lg 5lg18lg1818lg 362lg18lg 92lg18lg182lg 9a b a ba a ⨯+++====---.8.与对数有关的方程的求解问题 关于对数的方程有三类:第一类是形如关于x 的方程log a f (x )=b ,通常将其化为指数式f (x )=a b ,这样解关于x 的方程f (x )=a b 即可,最后要注意验根.例如:解方程64152log 163x ⎛⎫-=- ⎪⎝⎭,将其化为指数式为23156416x --=,又223233164(4)416---===,则1511616x -=,所以x =1,经检验x =1是原方程的根.第二类是形如关于x 的方程log f (x )n =b ,通常将其化为指数式f b (x )=n ,这样解关于x 的方程f b (x )=n 即可,最后要注意验根.例如,解方程log (1-x )4=2,将其化为指数式为(1-x )2=4,解得x =3或x =-1,经检验x =3是增根,原方程的根是x =-1.第三类是形如关于x 的方程f (log a x )=0,通常利用换元法,设log a x =t ,转化为解方程f (t )=0得t =p 的值,再解方程log a x =p ,化为指数式则x =a p ,最后要注意验根.【例8-1】已知lg x +lg y =2lg(x -2y ),求xy的值. 解:由已知,可得lg(xy )=lg(x -2y )2,从而有xy =(x -2y )2,整理得x 2-5xy +4y 2=0,即(x -y )(x -4y )=0.从而可得x =y 或x =4y .但由x >0,y >0,x -2y >0,可得x >2y >0,于是x =y 应舍去.故x =4y ,即4xy=.因此4xy===4. 辨误区 解对数方程易出现的错误 在处理与对数有关的问题时,必须注意“真数大于零”这一条件,否则会出现错误.例如,本题若不注意“真数大于零”,则会出现两个结果:4和0.【例8-2】解方程lg 2x -lg x 2-3=0. 解:原方程可化为lg 2x -2lg x -3=0.设lg x =t ,则有t 2-2t -3=0,解得t =-1或t =3,于是lg x =-1或3,解得110x =或1 000. 经检验110x =,1 000均符合题意, 因此原方程的根是110x =,或x =1 000.辨误区 lg 2x 与lg x 2的区别 本题中,易混淆lg 2x 和lg x 2的区别,lg 2x 表示lg x 的平方,即lg 2x =(lg x )2,而lg x 2=2lg x .9.对数运算的实际应用对数运算在实际生产和科学技术中运用广泛,其运用问题大致可分为两类:一类是已知对数应用模型(公式),在此基础上进行一些实际求值.计算时要注意利用“指、对互化”把对数式化成指数式.另一类是先建立指数函数应用模型,再进行指数求值,此时往往将等式两边进行取对数运算.【例9】抽气机每次抽出容器内空气的60%,要使容器内的空气少于原来的0.1%,则至少要抽几次?(lg 2≈0.301 0)解:设至少抽n 次可使容器内空气少于原来的0.1%,则a (1-60%)n <0.1%a (设原先容器中的空气体积为a ),即0.4n <0.001, 两边取常用对数得n ·lg 0.4<lg 0.001,所以n >lg 0.0013lg 0.42lg 21=-≈7.5. 故至少需要抽8次.点技巧 求数值较大的指数的方法 利用对数计算是常用的方法,一般的方法是对等式(或不等式)两边取常用对数或自然对数,再用计算器或计算机进行对数的计算.。