人教版·数学Ⅰ_§2.2.1对数的运算性质
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2.2.1 对数与对数运算疱丁巧解牛知识·巧学·升华 一、对数 1.对数一般地,如果a x=N (a >0,a ≠1),那么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.对数式的对数就是原指数式的指数,只是表示形式不同而已,即已知指数式a b=N ,用a 、N 表示b 的运算叫对数运算,记作b=log a N.对数式是指数式的另一种表达形式,对数运算是指数运算的逆运算.常用符号“log ”表示对数,但它仅是一个符号而已.同“+、-、×、”等符号一样,表示一种运算.要从以下几个方面来理解对数的概念.(1)会依据定义把指数式写成对数式.例如:∵32=9,∴2是以3为底9的对数.记作log 39=2; ∵41=4,∴1是以4为底4的对数.记作log 44=1; ∵20=1,∴0是以2为底1的对数.记作log 21=0; ∵318=21,∴-31是以8为底21的对数.记作log 821=-31.(2)log a N=b 中规定底数a >0且a ≠1.这是因为若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.(3)只有正数才有对数,零和负数没有对数.在解决有关对数问题时,容易忽视对数的真数大于零的问题.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,并且由于在实数范围内,正数的任何次幂都是正数,所以N >0.(4)指数式、对数式、根式的关系及相应各字母的名称.记忆要诀 指数式进行的是乘方运算,由a 、b 求N ;根式进行的是开方运算,由N 、b 求a ;对数式进行的是对数运算,由a 、N 求b. (5)对数恒等式:①Na alog =N ;②log a a b=b.证明:①∵a b=N ,∴b=log a N.∴a b=Nalog =N ,即Na alog =N.②∵a b =N ,∴b=log a N.∴b=log a N=log a a b,即log a a b=b. 如5log 33=5,6log 44=6,log 335=5,3222log =32等.要熟记对数恒等式的形式,会使用这一公式化简对数式.要点提示 证明对数恒等式,一要注意指数与对数式的互化,二要紧扣对数的定义. (6)两个特殊的对数式:log a a=1;log a 1=0.证明:∵a 1=a ,∴log a a=1.∵a 0=1,∴log a 1=0,即底的对数等于1,1的对数等于0. 2.常用对数当底数a=10时,对数log a N 叫做常用对数,记作lgN.(1)常用对数是指底数为10的对数,它的形式可由log 10N 缩写为lgN ,其中lgN 默认它的底数为10. (2)会求常用对数的值.若真数易转化成以10为底的幂的形式,可直接求值.如lg10,lg100,lg0.001等,∵102=100,∴lg100=2.又∵10-3=0.001,∴lg0.001 =-3.一般情况下,可通过.如lg200 1,lg0.032,lg187.5等.使用计算器时,应先按上真数,然后再按lg2 001≈3.301 2,lg0.032≈-1.494 9,lg187.5≈2.273 0.因为对数表只能查得1≤a <10的对数,所以对于不在该范围内的数,使用对数表求值时,应先用科学记数法把真数表示成a ×10n(1≤a <10,n ∈Z )的形式,运用后面的对数性质化简后,再求值.联想发散 要会使用科学记数法记数.当N >10时,可把N 写成a ×10n的形式,其中n比N 的整数位数少1,如10 001=1.000 1×104;当0<N <1时,可把N 写成a ×10-n,其中n 是从左边第一个不是0的数字算起前面所有0的个数,如0.001 02=1.02×10-3. 3.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 为底的对数叫做自然对数.log e N 通常记作lnN.①自然对数与常用对数的关系: lnN ≈2.302 6lgN. ②可直接使用计算器求自然对数值.它的使用规则同常用对数一样,也是先按真数值,再按ln 键,即可直接求出常用对数值.如ln34≈3.526 4,也可查表,求自然对数的值. 要点提示 自然对数与常用对数是对数的两个特例,只有它们才既能查表,又能使用计算器求值. 二、对数运算1.积、商、幂的对数运算性质 (1)log a MN=log a M+log a N ,两个正因数积的对数等于同一底数的各因数对数的和.该法则可以推广到若干个正因数积的对数,即log a (N 1·N 2·…·N k )=log a N 1+log a N 2+…+log a N k . (2)log aNM=log a M-log a N. 两个正数商的对数等于同一底数的被除数的对数减去除数的对数.(3)log a M n=nlog a M (n ∈R ).正数幂的对数等于幂指数乘以同一底数幂的底数的对数对数的运算法则既可正用,也可逆用,由积、商的运算法则可知,若逆用该公式,可把对数式转化成同底数的对数的和、差的形式.误区警示 使用对数的运算法则时,要注意各个字母的取值范围,只有各个对数式都存在时,等式才成立.例如:lg (-2)(-3)存在,但lg (-2),lg (-3)不存在,lg (-10)2存在,但lg (-10)不存在等.因此不能得出lg (-2)(-3)=lg (-2)+lg (-3),lg (-10)2=2lg (-10). 2.换底公式(1)换底公式:log a b=abc c log log (a >0,a ≠1,c >0,c ≠1,b >0).证明:设log a b=c ,则a c=b.两边取以c 为底的对数,得clog c a=log c b , 所以c=a b c c log log ,即log a b=abc c log log .换底公式可完成不同底数的对数式之间的转化,该公式既可正用,又可逆用,使用时的关键是选择底数,换底的目的是实现对数式的化简,凡是所求对数式的底数与题设中的对数底数不同的,都可考虑用换底公式求解,使用换底公式推论的前提是底数或真数能化成幂的形式.①换底公式的证明要紧扣对数的定义,证明的依据是 若M >0,N >0,M=N ,则log a M=log a N.②自然对数与常用对数的关系可以通过换底公式建立关系: lnN=e N lg lg ≈4343.0lg N≈2.302 6lgN. ③可把一般对数式转化成常用对数或自然对数,通过计算器或查表求值. ④换底公式可用于对数式的化简、求值或证明. (2)换底公式的三个推论:n a b n log =log a b ,m a b n log =nmlog a b ,log a b ·log b a=1. 推广:log a b ·log b c ·log c d ·…·log e a=1. 问题·思路·探究问题1 对数运算性质的实质是什么?思路:对数运算性质是指数运算性质的拓展引申,它们之间可以互相转化.探究:由于指数运算中遇到次数高的指数进行乘、除、乘方和开方时运算量太大,操作很繁,而对数运算恰恰将指数运算这些弱点克服,可以将乘、除、乘方和开方时运算转化为对数的加、减、乘的运算,从而降低了运算难度,加快了运算速度,简化了计算方法,有力地促进了涉及与高次数运算有关领域如天文、航海、工程、贸易及军事的发展.问题2 式子log a M n=nlog a M 表明真数的指数可以直接拿到对数式前作系数,那请问:底数的指数也可以直接拿到对数式前作系数吗?若不能,有没有类似性质呢?怎么证明呢? 思路:log a M n与nlog a M 与log a nM=n1log a M 的结合使进行对数运算时更加简便快捷,同时也提醒我们在进行对数运算过程中,如果运算性质不能直接运用时,可以通过先化成指数式,变形后再化成对数式的方法达到计算的目的探究:一般不能,比如2=log 416=log 2216而,2log 216=8≠log 2216=2,但有类似的性质,这个性质是 log a nM=n 1log a M. 证明如下:令log a M=x,则M=a x,所以n 1=log a M=n 1x ,而M n a log =x a a n log =a x n a log =x ·n 1,所以M n a log =n1log a M.典题·热题·新题例1 (2006浙江高考,理)已知0<a <1,log a m <log a n <0,则( )A.1<n <mB.1<m <nC.m <n <1D.n <m <1 思路解析:∵0<a<1,∴y=log a x 为减函数,由log a m<log a n<0,可得1<n<m. 答案:A例2 设log 189=a ,18b=5,求log 3645.思路解析:本题是条件求值问题,解题的关键是把结论化成已知的形式,换底是显然的.解:∵18b=5,∴b=log 185. ∴log 3645=aba b a b a -+=-+=++=++=29log 2918log 12log 19log 5log 36log 45log 18181818181818.深化升华 换底公式可完成不同底数的对数式之间的转化,该公式既可正用,又可逆用,使用时的关键是选择底数,换底的目的是实现对数式的化简. 例3 计算:lg25+32lg8+lg5·lg20+lg 22. 思路解析:本题主要考查对数的运算性质. 解:原式=lg25+328lg +lg210·lg (10×2)+lg 22 =lg25+lg4+(lg10-lg2)(lg10+lg2)+lg 22=lg100+lg 210-lg 22+lg 22=2+1=3.深化升华 对于对数的运算性质要熟练掌握,并能够灵活运用,在求值的过程中,要注意公式的正用和逆用. 例4 设3x=4y=36,求yx 12+的值. 思路解析:本题主要考查对数的定义及运算性质.从所求的值来看,解题的关键是设法把x 、y 表示出来,再结合对数的运算性质就可以求出数值. 解:∵3x=4y=36,∴x=log 336,y=log 436.则x1=log 363,y 1=log 364.∴x 2+y1=2log 363+log 364=log 36(32×4)=1. 深化升华 指数式化为对数式后,两对数式的底不同,但真数相等,式子两端取倒数之后,利用对数的换底公式可消除差异.例5 已知a 、b 、c 均为正数,3a =4b =6c,求证:cb a 212=+. 思路解析:本题主要考查对数的定义及其运算性质.从求证的结论看,解题的关键是设法把a 、b 、c 从连等号式中分离出来,为便于找出a ,b ,c 的关系,不妨设3a =4b =6c=k (k >0),则a 、b 、c 就可用这一变量k 表示出来,再结合对数的运算性质就可证得结论.证明:设3a =4b =6c=k ,则k >0.由对数的定义得a=log 3k ,b=log 4k ,c=log 6k , 则左边=kk b a 43log 1log 212+=+=2log k 3+log k 4=log k 9+log k 4=log k 36, 右边=k c 6log 22==2log k 6=log k 36,∴cb a 212=+. 深化升华 证明恒等式常用的方法(1)作差比较法;(2)化简较为复杂的一边等于较简单的一边; (3)化简左、右两边,使它们等于同一式子;(4)先证明另一恒等式,再推出所要求证的恒等式.例6 设a 、b 同号,且a 2+2ab-3b 2=0,求log 3(a 2+ab+b 2)-log 3(a 2-ab+b 2)的值.思路解析:本题考查对数性质的应用.已知只告诉我们关于a 、b 的一个齐次方程,因此不可能求出a 、b 的值,只能求出a 、b 的关系式,从求证的结论看,由对数的运算性质可得真数也是一个齐次式,这样就把条件同结论联系到一起了.解:∵a 、b 同号,∴b ≠0.把方程a 2+2ab-3b 2=0两边同除以b 2,得(b a )2+2(ba)-3=0. ∴(b a +3)(b a -1)=0,得b a =1或ba=-3(舍去).∴a=b. ∴log 3(a 2+ab+b 2)-log 3(a 2-ab+b 2)=log 3(3a 2)-log 3a 2=log 33=1.深化升华 :条件代数式的求值同条件代数式的化简、证明一样,解题的关键是找到题设与结论的联系,可化简结论,用上条件,可化简条件得出结论,也可同时化简条件与结论等.。
第二章基本初等函数(Ⅰ)2.2 对数函数2.2.1.对数与对数运算第二课时对数运算1 教学目标1.1 知识与技能:[1]掌握对数的运算性质,能正确地利用对数的运算性质进行对数运算;[2]掌握对数换底公式的运用 .能用换底公式将一般对数转化为自然对数或常用对数。
[3]对数及其运算性质的综合应用1.2过程与方法:[1]通过对数的运算性质的探索及推导过程,培养学生的“合情推理能力”、“等价转化”和“演绎归纳”的数学思想方法,以及创新意识.1.3 情感态度与价值观:[1]通过对数的运算法则的学习,培养学生的严谨的思维品质 .[2]在学习过程中培养学生探究的意识.[3]让学生理解运算法则之间的内在联系,培养分析、解决问题的能力.通过“合情推理”、“等价转化”和“演绎归纳”的思想运用,培养学生对立统一、相互联系,相互转化以及“特殊—一般”的辩证唯物主义观点,以及大胆探索,实事求是的科学精神.2教学重点/难点/易考点2.1 教学重点[1]重点:对数式运算性质及时推导过程;[2]对数换底公式。
[3]对数及其运算性质的综合应用2.2 教学难点[1]难点:对数运算性质的发现过程及其证明;[2]对数换底公式的证明和应用。
3 专家建议启发学生从对数运算性质入手,了解对数在数学史上的重要作用,了解对数对大数运算的简化作用,降低运算的数量级,掌握一定量的对数计算基本模型,在熟练运用对数运算性质的基础上以对数的思维模式去考虑和处理问题,加深对于运算性质和换底公式的理解和运用,掌握对数运算的特殊性,为下一节学习对数函数打好基础.高考中对数的考查方式一般以选择题或填空题的形式出现。
4 教学方法实验探究——归纳总结——补充讲解——练习提高5 教学用具多媒体。
6 教学过程6.1 引入新课【师】同学们好。
从今天我们开始进入新一节内容的学习:对数与对数运算。
【板书】2.2.1.对数与对数运算第二课时【师】我们知道了对数的基本定义和性质,请认真回忆一下!【板书或投影】对数基本知识点1、对数的定义b N a =log其中 ),1()1,0(+∞∈ a 与 ),0(+∞∈N (负数与零没有对数);b ∈(文字表述:N 为正数,a 为非1正数,b 为任意实数)两类特殊对数:(1)常用对数:以10为底,记作lgN .(2)自然对数:以无理数e=2.71828……为底,记作lnN .2、三组互化式)10( log ≠>=⇔=a a b N N a a b 且lg 10b N N b =⇔=ln b N N e b =⇔=3、两个恒值(1) 01log =a (2) 1log =a a4、两个嵌套式(迭代式)(1)对数恒等式N a N a =log(2))10( log ≠>=a a b a b a 且5.指数运算法则,(R n m a a a n m n m ∈=⋅+),()(R n m a a mn n m ∈=)()(R n b a ab n n n ∈⋅=【生】对数定义式是......,指数式与对数式的转化......,对数恒等式,自然对数、常用对数【师】注意每个字母的取值X 围:底数,10≠>a a 且,真数N>0;再回忆一下指数运算的几个式子【板书或投影】)10( log ≠>=⇔=a a b N N a a b 且指数的运算性质n m n m a a a +=⋅; n m n m a a a -=÷mn n m a a =)( ; m nm na a = 6.2 新知介绍[1] 对数的运算性质【师】下面请同学们自行推导对数的运算性质!(5 分钟)【板演/PPT 】教师演示对数运算性质三式的证明。
课题:§2.2.1对数的运算性质
教学目的:(1)理解对数的运算性质;
(2)知道用换底公式能将一般对数转化成自然对数或常用对数;
(3)通过阅读材料,了解对数的发现历史以及对简化运算的作用.
教学重点:对数的运算性质,用换底公式将一般对数转化成自然对数或常用对数 教学难点:对数的运算性质和换底公式的熟练运用.
教学过程:
一、 引入课题
1. 对数的定义:b N N a a b =⇔=log ;
2. 对数恒等式:b a N a
b a N a ==log ,log ; 二、
新课教学 1.对数的运算性质 提出问题:
根据对数的定义及对数与指数的关系解答下列问题:
○1 设m a =2log ,n a =3log ,求n m a +;
○2 设m M a =log ,n N a =log ,试利用m 、n 表示M a
(log ·)N .
(学生独立思考完成解答,教师组织学生讨论评析,进行归纳总结概括得出对数的运算性质1,并引导学生仿此推导其余运算性质)
运算性质:
(引导学生用自然语言叙述上面的三个运算性质)
学生活动:
○1 阅读教材P75例3、4,;
设计意图:在应用过程中进一步理解和掌握对数的运算性质.
○
2 完成教材P79练习1~
3 设计意图:在练习中反馈学生对对数运算性质掌握的情况,巩固所学知识.
2. 利用科学计算器求常用对数和自然对数的值
设计意图:学会利用计算器、计算机求常用对数值和自然对数值的方法.
思考:对于本小节开始的问题中,可否利用计算器求解13
18log 01
.1的值?从而引入换底公式.
3. 换底公式 a
b b
c c a log log log =
(0>a ,且1≠a ;0>c ,且1≠c ;0>b ). 学生活动 ○
1 根据对数的定义推导对数的换底公式. 设计意图:了解换底公式的推导过程与思想方法,深刻理解指数与对数的关系.
○2 思考完成教材P 76问题(即本小节开始提出的问题);
○
3 利用换底公式推导下面的结论
(1)b m n b a n a m log log =; (2)a
b b a log 1log =. 设计意图:进一步体会并熟练掌握换底公式的应用.
说明:利用换底公式解题时常常换成常用对数,但有时还要根据具体题目确定底数.
4. 课堂练习
○
1 教材P79练习4 ○
2 已知的值。
试求:12lg ,4771.03lg ,3010.02lg ==
○3 试求:5lg 5lg 2lg 2lg 2
+⋅+的值。
(对换5与2,再试一试)
○4 的值。
,试求:333335lg 2lg 35lg 2lg b a ab b a ++⋅++=+
○5 设a =2lg ,b =3lg ,试用a 、b 表示12log 5 三、 归纳小结,强化思想
本节主要学习了对数的运算性质和换底公式的推导与应用,在教学中应用多给学生创造尝试、思考、交流、讨论、表达的机会,更应注重渗透转化的思想方法.
四、 作业布置
1. 基础题:教材P 86习题2.2(A 组) 第3 ~5、11题;
2. 提高题:
○1 设a =3log 8,b =5log 3
,试用a 、b 表示5lg ; ○2 设a =7log 14
,514=b ,试用a 、b 表示28log 35; ○3 设a 、b 、c 为正数,且c b a 643==,求证:b
a c 2111=-. 3. 课外思考题:
设正整数a 、b 、c (a ≤b ≤c )和实数x 、y 、z 、ω满足:
ω30===z y x c b a ,
ω
1111=++z y x , 求a 、b 、c 的值.。