3.3 Logaritmer
Sommarmatte 1
Versionen från 23 april 2007 kl. 14.48 (redigera) Lina (Diskussion | bidrag) (→3.3 Logaritmer) ← Gå till föregående ändring |
Nuvarande version (16 maj 2007 kl. 07.37) (redigera) (ogör) Tek (Diskussion | bidrag) (Lagt in text om grund- och slutprov) |
||
(7 mellanliggande versioner visas inte.) | |||
Rad 1: | Rad 1: | ||
+ | __NOTOC__ | ||
<table><tr><td width="600"> | <table><tr><td width="600"> | ||
- | |||
- | =3.3 Logaritmer= | ||
<div class="inforuta"> | <div class="inforuta"> | ||
Rad 10: | Rad 9: | ||
<div class="inforuta"> | <div class="inforuta"> | ||
- | '''Läromål:''' | + | '''Lärandemål:''' |
Efter detta avsnitt ska du ha lärt dig att: | Efter detta avsnitt ska du ha lärt dig att: | ||
- | *Känna till begreppet bas | + | *Känna till begreppen bas och exponent. |
- | *Känna till beteckningarna $\ln$, $\lg$, $\log$ och $\log_a$ | + | *Känna till beteckningarna $\,\ln\,$, $\,\lg\,$, $\,\log\,$ och $\,\log_{\,a}\,$. |
- | *Beräkna enkla logaritmuttryck med hjälp av logaritmens definition | + | *Beräkna enkla logaritmuttryck med hjälp av logaritmens definition. |
- | *Logaritmen är bara definierad för positiva tal | + | *Logaritmen är bara definierad för positiva tal. |
- | *Känna till talet $e$ | + | *Känna till talet $\,e\,$. |
- | *Hantera logaritmlagarna i förenkling av logaritmuttryck | + | *Hantera logaritmlagarna i förenkling av logaritmuttryck. |
- | *Veta när logaritmlagarna är giltiga | + | *Veta när logaritmlagarna är giltiga. |
- | *Uttrycka en logaritm i termer av en logaritm av en annan bas | + | *Uttrycka en logaritm i termer av en logaritm med en annan bas. |
- | *Lösa ekvationer som innehåller exponentialuttryck och som med logaritmering leder till förstagradsekvationer | + | *Lösa ekvationer som innehåller exponentialuttryck och som med logaritmering leder till förstagradsekvationer. |
- | *Avgöra vilket av två logaritmuttryck som är störst baserat på jämförelse av bas/argument | + | *Avgöra vilket av två logaritmuttryck som är störst baserat på jämförelse av bas/argument. |
</div> | </div> | ||
- | [[agjöeijö|Övningar]] | + | [[3.3 Övningar|Övningar]] |
</td> | </td> | ||
Rad 40: | Rad 39: | ||
Man använder gärna potenser med basen $10$ för att skriva stora och små tal, t.ex. | Man använder gärna potenser med basen $10$ för att skriva stora och små tal, t.ex. | ||
- | $$10^3 = 10 \cdot 10 \cdot 10 = 1000$$ | + | $$\eqalign{10^3 &= 10 \cdot 10 \cdot 10 = 1000\,,\cr 10^{-2} &= \frac{1}{10 \cdot 10} = \frac{1}{100} = 0{,}01\,\mbox{.}}$$ |
- | + | ||
- | $$10^{-2} = \displaystyle \frac{1}{10 \cdot 10} = \displaystyle \frac{1}{100} = 0{,}01$$ | + | |
- | + | ||
- | + | ||
Om man enbart betraktar exponenten skulle man i stället kunna säga att | Om man enbart betraktar exponenten skulle man i stället kunna säga att | ||
- | :::"exponenten för 1000 är 3" , eller | + | :::"exponenten för 1000 är 3", eller |
- | :::"exponenten för 0,01 är -2" | + | :::"exponenten för 0,01 är -2". |
- | + | ||
Precis så är ''logaritmer'' definierade. Man uttrycker sig på följande sätt: | Precis så är ''logaritmer'' definierade. Man uttrycker sig på följande sätt: | ||
- | :::"''logaritmen'' för 1000 är 3" , vilket skrivs lg 1000 = 3 | + | :::"''logaritmen'' för 1000 är 3" , vilket skrivs $\,\lg 1000 = 3\,$, |
- | :::"''logaritmen'' för 0,01 är -2" , vilket skrivs lg 0,01 = -2 | + | :::"''logaritmen'' för 0,01 är -2" , vilket skrivs $\,\lg 0{,}01 = -2\,$. |
Mer allmänt kan man uttrycka sig: | Mer allmänt kan man uttrycka sig: | ||
- | :::Logaritmen av ett tal $y$ betecknas med $\lg y$ och &är den exponent som ska stå i den blåa rutan i likheten | + | :::Logaritmen av ett tal $\,y\,$ betecknas med $\,\lg y\,$ och är den exponent som ska stå i den blåa rutan i likheten |
- | $$10^{\ \bbox[#AAEEFF,2pt]{\color{#AAEEFF}{a \;}}} = y $$ | + | $$10^{\ \bbox[#AAEEFF,2pt]{\,\phantom{a}\,}} = y\,\mbox{.} $$ |
- | Notera här att $y$ måste vara ett positivt tal fölr att logaritmen $\lg y$ ska vara definerad, eftersom det inte finns någon potens av $10$ som blir negativ eller noll. | + | Notera här att $\,y\,$ måste vara ett positivt tal för att logaritmen $\,\lg y\,$ ska vara definerad, eftersom det inte finns någon potens av 10 som blir negativ eller noll. |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Rad 69: | Rad 64: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>$ \lg 100000 = 5 \;\;\; $eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{5 \;}} = 100 000 $ <br><br> | + | <li>$ \lg 100000 = 5\quad$ eftersom $\,10^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\scriptstyle\,5\vphantom{,}\,}} = 100\,000\,$.<br><br> |
- | <li>$ \lg 0{,}0001 = -4 \;\;\; $eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{-4 \;}} = 0{,}0001 $<br><br> | + | <li>$ \lg 0{,}0001 = -4\quad$ eftersom $\,10^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,-4\vphantom{,}\,}} = 0{,}0001\,$.<br><br> |
- | <li>$ \lg \sqrt{10} = \displaystyle \frac{1}{2} \;\;\; $eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1/2 \;}} = \sqrt{10}$ <br><br> | + | <li>$ \lg \sqrt{10} = \frac{1}{2}\quad$ eftersom $\,10^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,1/2\,}} = \sqrt{10}\,$.<br><br> |
- | <li>$ \lg 1 = 0 \;\;\; $eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{0 \;}} = 1$ <br><br> | + | <li>$ \lg 1 = 0\quad$ eftersom $\,10^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,0\vphantom{,}\,}} = 1\,$.<br><br> |
- | <li>$ \lg 10^{78} = 78 \;\;\; $eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{10^{78} \;}} = 10^{78}$ <br><br> | + | <li>$ \lg 10^{78} = 78\quad$ eftersom $\,10^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,78\vphantom{,}\,}} = 10^{78}\,$. <br><br> |
- | <li>$ \lg 50 \approx 1{,}699 \;\;\; $eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1{,}699 \;}} \approx 50$ <br><br> | + | <li>$ \lg 50 \approx 1{,}699\quad$ eftersom $\,10^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,1{,}699\,}} \approx 50\,$.<br><br> |
- | <li> $ \lg (-10) $ existerar inte eftersom $ 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{a \;}}$ aldrig kan bli -10 oavsett hur $a$ väljs. | + | <li> $ \lg (-10)\,$ existerar inte eftersom $\,10^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,a\vphantom{b,}\,}}$ aldrig kan bli -10 oavsett hur $\,a\,$ väljs. |
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | I det näst sista exemplet kan man snabbt inse att $\lg 50 $ måste ligga någonstans mellan $1$ och $2$ eftersom $10^1 < 50 < 10^2$, men för att få fram ett mer exakt värde på det irrationella talet $ \lg 50 = 1{,}69897\ldots $ behövs i praktiken en miniräknare (eller tabell.) | + | I det näst sista exemplet kan man snabbt inse att $\,\lg 50\,$ måste ligga någonstans mellan 1 och 2 eftersom $\,10^1 < 50 < 10^2\,$, men för att få fram ett mer exakt värde på det irrationella talet $\,\lg 50 = 1{,}69897\ldots\,$ behövs i praktiken en miniräknare (eller tabell.) |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Rad 86: | Rad 81: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>$10^{\lg 100} = 100$ <br><br> | + | <li>$10^{\textstyle\,\lg 100} = 100$ <br><br> |
- | <li>$ 10^{\lg a} = a$ <br><br> | + | <li>$ 10^{\textstyle\,\lg a} = a$ <br><br> |
- | <li>$ 10^{\lg 50} = 50$ | + | <li>$ 10^{\textstyle\,\lg 50} = 50$ |
</ol> | </ol> | ||
Rad 96: | Rad 91: | ||
Man kan tänka sig logaritmer som använder en annan bas än 10 (utom 1!). | Man kan tänka sig logaritmer som använder en annan bas än 10 (utom 1!). | ||
Man måste då tydligt ange vilket tal man använder som bas för logaritmen. | Man måste då tydligt ange vilket tal man använder som bas för logaritmen. | ||
- | Använder man t.ex. 2 som bas skriver man $ \log_2 $ för "2-logaritmer". | + | Använder man t.ex. 2 som bas skriver man $\,\log_{\,2}\,$ för "2-logaritmen". |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Rad 102: | Rad 97: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>$\log_2 8 = 3 \;\;\; $eftersom $ 2^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{3 \;}} = 8 $ <br><br> | + | <li>$\log_{\,2} 8 = 3\quad$ eftersom $\,2^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,3\vphantom{,}\,}} = 8\,$.<br><br> |
- | <li>$\log_2 2 = 1 \;\;\; $eftersom $ 2^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{2 \;}} = 1 $ <br><br> | + | <li>$\log_{\,2} 2 = 1\quad$ eftersom $\,2^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,1\vphantom{,}\,}} = 2\,$. <br><br> |
- | <li>$\log_2 1024 = 10 \;\;\; $eftersom $ 2^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{10 \;}} = 1024 $ <br><br> | + | <li>$\log_{\,2} 1024 = 10\quad$ eftersom $\,2^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,10\vphantom{,}\,}} = 1024\,$.<br><br> |
- | <li>$\log_2 \displaystyle \frac{1}{4} = -2 \;\;\; $eftersom $ 2^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{-2 \;}}=\displaystyle \frac{1}{2^2} = \displaystyle \frac{1}{4}$ | + | <li>$\log_{\,2} \displaystyle\frac{1}{4} = -2\quad$ eftersom $\displaystyle \,2^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,-2\vphantom{,}\,}} = \frac{1}{2^2} = \frac{1}{4}\,$. |
</ol> | </ol> | ||
Rad 116: | Rad 111: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>$ \log_3 9 = 2 \;\;\; $eftersom $ 3^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{2 \;}} = 9 $ <br><br> | + | <li>$ \log_{\,3} 9 = 2\quad$ eftersom $\,3^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,2\vphantom{,}\,}} = 9\,$. <br><br> |
- | <li>$ \log_5 125 = 3 \;\;\; $eftersom $ 5^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{3 \;}} = 125 $ <br><br> | + | <li>$ \log_{\,5} 125 = 3\quad$ eftersom $\,5^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,3\vphantom{,}\,}} = 125\,$. <br><br> |
- | <li>$ \log_4 \displaystyle \frac{1}{16} = -2 \;\;\; $eftersom $ 4^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{-2 \;}} = \displaystyle \frac{1}{4^2} = \displaystyle \frac{1}{16}$ <br><br> | + | <li>$ \displaystyle\log_{\,4} \frac{1}{16} = -2\quad$ eftersom $\,4^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,-2\vphantom{,}\,}} = \displaystyle \frac{1}{4^2} = \frac{1}{16}\,$. <br><br> |
- | <li>$ \log_b \displaystyle \frac{1}{\sqrt{b}} = -\displaystyle \frac{1}{2} \;\;\; $eftersom $ b^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{-1/2 \;}} = \displaystyle \frac{1}{b^{1/2}} = \displaystyle \frac{1}{\sqrt{b}}$ | + | <li>$ \displaystyle\log_{\,b} \frac{1}{\sqrt{b}} = -\frac{1}{2}\quad$ eftersom $\,b^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,-1/2\,}} = \displaystyle \frac{1}{b^{1/2}} = \frac{1}{\sqrt{b}}\,$ (om $b>0$ och $b\not=1$). |
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | Om basen 10 används, skriver man sällan $ \log_{10} $, utan som vi tidigare | + | Om basen 10 används, skriver man sällan $\,\log_{\,10}\,$, utan som vi tidigare |
sett lg, eller enbart log, vilket förekommer på många miniräknare. | sett lg, eller enbart log, vilket förekommer på många miniräknare. | ||
===Naturliga logaritmer=== | ===Naturliga logaritmer=== | ||
I praktiken är det två baser som oftast används för logaritmer, förutom 10 även | I praktiken är det två baser som oftast används för logaritmer, förutom 10 även | ||
- | talet $e \:(\approx 2,71828 \ldots )$. Logaritmer med basen ''e'' kallas | + | talet $\,e\,$ $({}\approx 2{,}71828 \ldots\,)$. Logaritmer med basen ''e'' kallas |
- | ''naturliga logaritmer'' och skrivs ln i stället för $\log_e$ | + | ''naturliga logaritmer'' och skrivs ln i stället för $\,\log_{\,e}\,$. |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Rad 136: | Rad 131: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>$ \ln 10 \approx 2{,}3 \;\;\; $ eftersom $ e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{2{,}3 \;}} \approx 10 $ <br><br> | + | <li>$ \ln 10 \approx 2{,}3\quad$ eftersom $\,e^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,2{,}3\,}} \approx 10\,$. <br><br> |
- | <li>$ \ln e = 1 \;\;\; $ eftersom $ e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1 \;}} = e $ <br><br> | + | <li>$ \ln e = 1\quad$ eftersom $\,e^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,1\vphantom{,}\,}} = e\,$. <br><br> |
- | <li>$ \ln \displaystyle \frac{1}{e^3} = -3 \;\;\; $ eftersom $ e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{-3 \;}} = \displaystyle \frac{1}{e^3} $ <br><br> | + | <li>$ \displaystyle\ln\frac{1}{e^3} = -3\quad$ eftersom $\,e^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,-3\vphantom{,}\,}} = \displaystyle \frac{1}{e^3}\,$. <br><br> |
- | <li>$ \ln 1 = 0 \;\;\; $ eftersom $ e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{0 \;}} = 1 $ <br><br> | + | <li>$ \ln 1 = 0\quad$ eftersom $\,e^{\scriptstyle\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,0\vphantom{,}\,}} = 1\,$. <br><br> |
- | <li>Om $ y= e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{a \;}} $ så är $ a = \ln y$ <br><br> | + | <li>Om $\,y= e^{\,a}\,$ så är $\,a = \ln y\,$. <br><br> |
- | <li>$ e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\ln 5\;}} = 5$ <br><br> | + | <li>$ e^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,\ln 5\vphantom{,}\,}} = 5$ <br><br> |
- | <li>$ e^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\ln x\;}} = x$ | + | <li>$ e^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,\ln x\vphantom{,}\,}} = x$ |
</ol> | </ol> | ||
Rad 151: | Rad 146: | ||
===Logaritmlagar=== | ===Logaritmlagar=== | ||
Mellan år 1617 och 1624 publicerade Henry Biggs en logaritmtabell av alla heltal upp till 20 000 och år 1628 utökade Adriaan Vlacq tabellen till alla heltal upp till 100 000. | Mellan år 1617 och 1624 publicerade Henry Biggs en logaritmtabell av alla heltal upp till 20 000 och år 1628 utökade Adriaan Vlacq tabellen till alla heltal upp till 100 000. | ||
- | + | Anledningen till att man la ned så enormt mycket arbete på sådana tabeller är att man med hjälp av logaritmer kan multiplicera ihop tal bara genom att addera ihop deras logaritmer (addition går mycket snabbare att utföra än multiplikation). | |
- | + | ||
- | Anledningen till att man la ned så enormt mycket arbete på sådana tabeller är att man med hjälp av logaritmer kan multiplicera ihop tal bara genom att addera ihop deras logaritmer (addition går mycket snabbare än multiplikation). | + | |
Rad 159: | Rad 152: | ||
'''Exempel 6''' | '''Exempel 6''' | ||
- | <ol type="a"> | + | Beräkna $\,35\cdot 54\,$. |
- | <li>Om vi vet att $35 \approx 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1{,}5441 \;}}$ och $54 \approx 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1{,}7324 \;}}$ (d.v.s. $\lg 35 \approx 1{,}5441$ och $\lg 54 \approx 1{,}7324$ ) då kan vi räkna ut att | + | <br> |
+ | <br> | ||
+ | Om vi vet att $\,35 \approx 10^{\,1{,}5441}\,$ och $\,54 \approx 10^{\,1{,}7324}\,$ (dvs. $\,\lg 35 \approx 1{,}5441\,$ och $\,\lg 54 \approx 1{,}7324\,$) då kan vi räkna ut att | ||
- | $$ 35 \cdot 54 \approx 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1{,}5441 \;}} \cdot 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1{,}7324 \;}} = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{1{,}5441 + 1{,}7324 \;}} = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{3{,}2765 \;}}$$ | + | $$ 35 \cdot 54 \approx 10^{\,1{,}5441} \cdot 10^{\,1{,}7324} = 10^{\,1{,}5441 + 1{,}7324} = 10^{\,3{,}2765}$$ |
- | och vi vet sedan att $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{3{,}2765 \;}} \approx 1890$ (d.v.s. $ \lg 1890 \approx 3{,}2765$ ) så har vi lyckats beräkna produkten | + | och vet vi sedan att $\,10^{\,3{,}2765} \approx 1890\,$ (dvs. $\,\lg 1890 \approx 3{,}2765\,$) så har vi lyckats beräkna produkten |
$$35 \cdot 54 = 1890$$ | $$35 \cdot 54 = 1890$$ | ||
- | och bara genom att addera ihop exponenterna $1{,}5441$ och $1{,}7324$. <br><br> | + | och detta bara genom att addera ihop exponenterna $\,1{,}5441\,$ och $\,1{,}7324\,$.<br><br> |
- | <li>Om vi skriver multiplikationen $ 3\cdot 5 = 15 $ med hjälp av logaritmer får vi att | + | |
- | + | ||
- | $$10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 3 \;}} \cdot 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 5 \;}} = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 15 \;}} \;\;\;\;\; (3 = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 3 \;}}, \mbox{ osv.} )$$ | + | |
- | + | ||
- | Eftersom $10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 3 \;}} \cdot 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 5 \;}} = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\lg 3 + \lg 5 \;}}$, enligt en av potenslagarna, får vi att | + | |
- | + | ||
- | $$\lg 3+\lg 5 = \lg 15 = \lg(3\cdot 5)$$ | + | |
- | </ol> | + | |
- | + | ||
</div> | </div> | ||
- | Detta är ett exempel på en logaritmlag som säger att: | + | Detta är ett exempel på en logaritmlag som säger att |
- | $$\log a + \log b = \log(ab)$$ | + | $$\log (ab) = \log a + \log b$$ |
och som följer av att å ena sidan är | och som följer av att å ena sidan är | ||
- | $$a\cdot b =10^{\log a} \cdot 10^{\log b} = \left\{ \mbox{potenslagarna} \right\} = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\log ab \;}}$$ | + | $$a\cdot b =10^{\textstyle\log a} \cdot 10^{\textstyle\log b} = \left\{ \mbox{potenslagarna} \right\} = 10^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,\log a+\log b\,}}$$ |
och å andra sidan är | och å andra sidan är | ||
- | $$a\cdot b = 10^{\ \bbox[#AAEEFF,1pt]{\log (a \cdot b) \;}}$$ | + | $$a\cdot b = 10^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,\log (ab)\,}}\,\mbox{.}$$ |
Rad 196: | Rad 182: | ||
<div class="regel"> | <div class="regel"> | ||
- | $$\log(ab) = \log a + \log b$$ | + | $$\eqalign{\log(ab) &= \log a + \log b,\cr \log\displaystyle \frac{a}{b} &= \log a - \log b,\cr \log a^b &= b\cdot \log a\,\mbox{.}\cr}$$ |
- | </div> | + | |
- | + | ||
- | <div class="regel"> | + | |
- | $$\log\left(\displaystyle \frac{a}{b}\right) = \log a - \log b$$ | + | |
- | </div> | + | |
- | <div class="regel"> | + | |
- | $$\log a^b = b\cdot \log a$$ | + | |
</div> | </div> | ||
Rad 213: | Rad 192: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
<li>$\lg 4 + \lg 7 = \lg(4 \cdot 7) = \lg 28$<br><br> | <li>$\lg 4 + \lg 7 = \lg(4 \cdot 7) = \lg 28$<br><br> | ||
- | <li>$ \lg 6 - \lg 3 = \lg\left(\displaystyle \frac{6}{3}\right) = \lg 2$ <br><br> | + | <li>$ \lg 6 - \lg 3 = \lg\displaystyle \frac{6}{3} = \lg 2$ <br><br> |
<li>$ 2 \cdot \lg 5 = \lg 5^2 = \lg 25$ <br><br> | <li>$ 2 \cdot \lg 5 = \lg 5^2 = \lg 25$ <br><br> | ||
- | <li>$\mbox{ d) } \lg 200 = \lg(2 \cdot 100) = \lg 2 + \lg 100 = \lg 2 + 2$ | + | <li>$\lg 200 = \lg(2 \cdot 100) = \lg 2 + \lg 100 = \lg 2 + 2$<br> |
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
+ | |||
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Rad 224: | Rad 204: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>$ \lg 9 + \lg 1000 - \lg 3 + \lg 0,001 = \lg 9 + 3 - \lg 3 - 3 = \lg 9- \lg 3$ | + | <li>$ \lg 9 + \lg 1000 - \lg 3 + \lg 0{,}001 = \lg 9 + 3 - \lg 3 - 3 = \lg 9- \lg 3 = \lg \displaystyle \frac{9}{3} = \lg 3$ <br><br> |
- | ::$= \lg \displaystyle \frac{9}{3} = \lg 3$ <br><br> | + | <li>$\displaystyle\ln\frac{1}{e} + \ln \sqrt{e} = \ln\left(\frac{1}{e} \cdot \sqrt{e}\,\right) = \ln\left( \frac{1}{(\sqrt{e}\,)^2} \cdot \sqrt{e}\,\right) = \ln\frac{1}{\sqrt{e}}$<br> |
- | <li>$\ln \displaystyle \frac{1}{e} + \ln \sqrt{e} = \ln\left( \displaystyle \frac{1}{e} \cdot \sqrt{e} \right) = \ln\left( \displaystyle \frac{1}{(\sqrt{e})^2} \cdot \sqrt{e} \right) = \ln\displaystyle \frac{1}{\sqrt{e}} $ | + | $\phantom{\ln\frac{1}{e} + \ln \sqrt{e}}{}= \ln e^{-1/2} = -\frac{1}{2} \cdot \ln e =-\frac{1}{2} \cdot 1 = -\frac{1}{2}\vphantom{\biggl(}$<br><br> |
- | ::$= \ln e^{-1/2} = -\displaystyle \frac{1}{2} \cdot \ln e =-\displaystyle \frac{1}{2} \cdot 1 =-\displaystyle \frac{1}{2}$ <br><br> | + | <li>$ \log_2 36 - \frac{1}{2} \log_2 81 = \log_2 (6 \cdot 6) - \frac{1}{2} \log_2 (9 \cdot 9)$<br> |
- | <li>$ \log_2 36 - \displaystyle \frac{1}{2} \log_2 81 = \log_2 (6 \cdot 6) - \displaystyle \frac{1}{2} \log_2 (9 \cdot 9)$ | + | $\phantom{\log_2 36 - \frac{1}{2} \log_2 81}{}= \log_2 (2\cdot 2 \cdot 3 \cdot 3) - \frac{1}{2} \log_2 (3 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 3) = \log_2 (2^2 \cdot 3^2) - \frac{1}{2} \log_2 (3^4)\vphantom{\Bigl(}$<br> |
- | ::$= \log_2 (2\cdot 2 \cdot 3 \cdot 3) - \displaystyle \frac{1}{2} \log_2 (3 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 3) = \log_2 (2^2 \cdot 3^2) - \displaystyle \frac{1}{2} \log_2 (3^4)$ | + | $\phantom{\log_2 36 - \frac{1}{2} \log_2 81}{}= \log_2 2^2 + \log_2 3^2 - \frac{1}{2} \log_2 3^4 = 2 \log_2 2 + 2 \log_2 3 - \frac{1}{2} \cdot 4 \log_2 3$<br> |
- | ::$= \log_2 2^2 \cdot \log_2 3^2 - \displaystyle \frac{1}{2} \log_2 (3^4) = 2 \log_2 2 \cdot 2 \log_2 3 - \displaystyle \frac{1}{2} \cdot 4 \log_2$ 3 | + | $\phantom{\log_2 36 - \frac{1}{2} \log_2 81}{}= 2\cdot 1 + 2 \log_2 3 - 2 \log_2 3 = 2\vphantom{\Bigl(}$ <br><br> |
- | ::$= 2 \log_2 2 \cdot 2 \log_2 3 - 2 \log_2 3 = 2$ <br><br> | + | <li>$ \lg a^3 - 2 \lg a + \lg \displaystyle \frac{1}{a} =3 \lg a - 2 \lg a + \lg a^{-1}$<br> |
- | <li>$ \lg a^3 - 2 \lg a + \lg \displaystyle \frac{1}{a} =3 \lg a - 2 \lg a + \lg a^{-1}$ | + | $\phantom{\lg a^3 - 2 \lg a + \lg \displaystyle \frac{1}{a}}{}= (3-2)\lg a + (-1) \lg a = \lg a - \lg a = 0$ |
- | ::$= (3-2)\lg a + (-1) \lg a = \lg a - \lg a = 0$ | + | |
</ol> | </ol> | ||
Rad 245: | Rad 224: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>Uttryck $ \lg 5 $ i naturliga logaritmer. <br><br> | + | <li>Uttryck $\,\lg 5\,$ i naturliga logaritmen. |
- | '''Lösning:''' <br> | + | <br> |
- | Per definition är $ \lg 5$ det tal som uppfyller likheten | + | <br> |
- | $$10^{\lg 5} = 5$$ | + | Per definition är $\,\lg 5\,$ det tal som uppfyller likheten |
- | + | $$10^{\lg 5} = 5\,\mbox{.}$$ | |
- | Logaritmera båda led med $\ln$ (naturliga logaritmen) | + | |
- | $$\ln 10^{\lg 5} = \ln 5$$ | + | |
- | Med hjälp av logaritmlagen $\ln a^b = b \ln a$ kan vänsterledet skrivas som $\lg 5 \cdot \ln 10 = \ln 5$ och likheten blir | + | Logaritmera båda led med ln (naturliga logaritmen) |
- | $$\lg 5 \cdot \ln 10 = \ln 5$$ | + | $$\ln 10^{\lg 5} = \ln 5\,\mbox{.}$$ |
- | Dela nu båda led med $\ln 10$ så får vi svaret | + | Med hjälp av logaritmlagen $\,\ln a^b = b \ln a\,$ kan vänsterledet skrivas som $\,\lg 5 \cdot \ln 10 = \ln 5\,$ och likheten blir |
- | $$\lg 5 = \displaystyle \frac{\ln 5}{\ln 10} \;\;\;\;\;\; (\approx 0,699 \;, \;dvs \; 10^{0,699} \approx 5 )$$ <br><br> | + | $$\lg 5 \cdot \ln 10 = \ln 5\,\mbox{.}$$ |
- | <li> Uttryck 2-logaritmen för $100$ i 10-logaritmer. <br><br> | + | |
- | '''Lösning:'''<br> | + | |
- | Om vi skriver upp sambandet som definerar $log_2 100$, | + | Dela nu båda led med $\,\ln 10\,$ så får vi svaret |
+ | $$\lg 5 = \displaystyle \frac{\ln 5}{\ln 10} \qquad (\approx 0{,}699\,,\quad\text{dvs.}\ 10^{0{,}699} \approx 5)\,\mbox{.}$$ <br><br> | ||
+ | <li> Uttryck 2-logaritmen för 100 i 10-logaritmen lg. | ||
+ | <br> | ||
+ | <br> | ||
+ | Om vi skriver upp sambandet som definierar $\,\log_2 100\,$ | ||
$$2^{\log_{\scriptstyle 2} 100} = 100$$ | $$2^{\log_{\scriptstyle 2} 100} = 100$$ | ||
- | och logaritmerar båda led med 10-logaritmen ($\lg$) så får vi att | + | och logaritmerar båda led med 10-logaritmen (lg) så får vi att |
- | $$\lg 2^{\log_{\scriptstyle 2} 100} = \lg 100$$ | + | $$\lg 2^{\log_{\scriptstyle 2} 100} = \lg 100\,\mbox{.}$$ |
- | Eftersom $ lg a^b = a \lg b $ så är $\lg 2^{\log_2 100} = \log_{\scriptstyle 2} 100 \cdot \lg 2$ och högerledet kan förenklas till $\lg 100 = 2$. Detta ger oss likheten | + | Eftersom $\,\lg a^b = b \lg a\,$ så är $\,\lg 2^{\log_2 100} = \log_{\scriptstyle 2} 100 \cdot \lg 2\,$ och högerledet kan förenklas till $\,\lg 100 = 2\,$. Detta ger oss likheten |
- | $$\log_{\scriptstyle 2} 100 \cdot \lg 2 = 2$$ | + | $$\log_{\scriptstyle 2} 100 \cdot \lg 2 = 2\,\mbox{.}$$ |
- | Division med $\lg 2$ ger slutligen att | + | Division med $\,\lg 2\,$ ger slutligen att |
- | $$\log_{\scriptstyle 2} 100 = \displaystyle \frac{2}{\lg 2} \;\;\;\;\;\; (\approx 6,64 \;, \;dvs \; 2^{6,64} \approx 100 )$$ | + | $$\log_{\scriptstyle 2} 100 = \displaystyle \frac{2}{\lg 2} \qquad ({}\approx 6{,}64\,,\quad\text{dvs.}\ 2^{6{,}64}\approx 100 )\,\mbox{.}$$ |
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | Den allmänna formeln för byte från en bas $a$ till en bas $b$ kan härledas | + | Den allmänna formeln för byte från en bas $\,a\,$ till en bas $\,b\,$ kan härledas |
- | på samma sätt och ser ut så här: | + | på samma sätt |
- | $$\log_b x = \displaystyle \frac{\log_{\scriptstyle a} x}{\log_{\scriptstyle a} b}$$ | + | $$\log_{\scriptstyle\,a} x = \displaystyle \frac{\log_{\scriptstyle\, b} x}{\log_{\scriptstyle\, b} a}\,\mbox{.}$$ |
Vill man byta bas i en potens kan man göra detta med hjälp av logaritmer. | Vill man byta bas i en potens kan man göra detta med hjälp av logaritmer. | ||
Om man exempelvis vill skriva $ 2^5 $ med basen 10 så | Om man exempelvis vill skriva $ 2^5 $ med basen 10 så | ||
skriver man först om 2 med basen 10, | skriver man först om 2 med basen 10, | ||
- | |||
$$2 = 10^{\lg 2}$$ | $$2 = 10^{\lg 2}$$ | ||
- | och utnyttjar sedan en av potenslagarna: | + | och utnyttjar sedan en av potenslagarna |
- | + | $$2^5 = (10^{\lg 2})^5 = 10^{5\cdot \lg 2}\quad ({}\approx 10^{1,505})\,\mbox{.}$$ | |
- | $$2^5 = (10^{\lg 2})^5 = 10^{5\cdot \lg 2} \;\;\;\;\; (\approx 10^{1,505})$$ | + | |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Rad 295: | Rad 273: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li>Skriv $ 10^x $ med basen e.<br><br> | + | <li>Skriv $ 10^x $ med basen ''e''. |
- | '''Lösning:'''<br> | + | <br> |
- | Först skriver vi $10$ som en potens av $e$, | + | <br> |
- | $$10 = e^{\ln 10} \;\; $$ | + | Först skriver vi 10 som en potens av ''e'', |
+ | $$10 = e^{\ln 10}$$ | ||
och använder sedan potenslagarna | och använder sedan potenslagarna | ||
- | $$ 10^x = (e^{\ln 10})^x = e^{x \cdot \ln 10} \approx e^{2,3 x}$$ <br><br> | + | $$ 10^x = (e^{\ln 10})^x = e^{\,x \cdot \ln 10} \approx e^{2{,}3 x}\,\mbox{.}$$ <br><br> |
- | <li>Skriv $ e^a $ med basen 10. <br><br> | + | <li>Skriv $\,e^{\,a}\,$ med basen 10. |
- | '''Lösning:'''<br> | + | <br> |
- | $e^a = (10^{\lg e})^a = 10^{a \cdot \lg e} \approx 10^{0,434a}$ | + | <br> |
+ | Talet $\,e\,$ kan vi skriva som $\,e=10^{\lg e}\,$ och därför är | ||
+ | $$e^a = (10^{\lg e})^a = 10^{\,a \cdot \lg e} \approx 10^{\,0{,}434a}\,\mbox{.}$$ | ||
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
+ | |||
+ | [[3.3 Övningar|Övningar]] | ||
+ | |||
<div class="inforuta"> | <div class="inforuta"> | ||
'''Råd för inläsning''' | '''Råd för inläsning''' | ||
+ | |||
+ | '''Grund- och slutprov''' | ||
+ | |||
+ | Efter att du har läst texten och arbetat med övningarna ska du göra grund- och slutprovet för att bli godkänd på detta avsnitt. Du hittar länken till proven i din student lounge. | ||
+ | |||
'''Tänk på att:''' | '''Tänk på att:''' | ||
Rad 322: | Rad 311: | ||
'''Lästips''' | '''Lästips''' | ||
- | för dig som vill fördjupa dig ytterligare eller behöver en längre förklaring | + | För dig som vill fördjupa dig ytterligare eller behöver en längre förklaring |
[http://en.wikipedia.org/wiki/Logarithm Läs mer om logaritmer på engelska Wikipedia] | [http://en.wikipedia.org/wiki/Logarithm Läs mer om logaritmer på engelska Wikipedia] | ||
- | [http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/HistTopics/e.html Läs mer om Talet e i The MacTutor History of Mathematics archive] | + | [http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/HistTopics/e.html Läs mer om Talet ''e'' i The MacTutor History of Mathematics archive] |
Rad 338: | Rad 327: | ||
</div> | </div> | ||
- | |||
- | |||
- | '''© Copyright 2006, KTH Matematik''' | ||
- | |||
- | |||
Nuvarande version
Innehåll:
Lärandemål: Efter detta avsnitt ska du ha lärt dig att:
|
|
[redigera] Teori[redigera] Logaritmer med basen 10Man använder gärna potenser med basen $10$ för att skriva stora och små tal, t.ex. $$\eqalign{10^3 &= 10 \cdot 10 \cdot 10 = 1000\,,\cr 10^{-2} &= \frac{1}{10 \cdot 10} = \frac{1}{100} = 0{,}01\,\mbox{.}}$$ Om man enbart betraktar exponenten skulle man i stället kunna säga att
Precis så är logaritmer definierade. Man uttrycker sig på följande sätt:
$$10^{\ \bbox[#AAEEFF,2pt]{\,\phantom{a}\,}} = y\,\mbox{.} $$ Notera här att $\,y\,$ måste vara ett positivt tal för att logaritmen $\,\lg y\,$ ska vara definerad, eftersom det inte finns någon potens av 10 som blir negativ eller noll. Exempel 1
I det näst sista exemplet kan man snabbt inse att $\,\lg 50\,$ måste ligga någonstans mellan 1 och 2 eftersom $\,10^1 < 50 < 10^2\,$, men för att få fram ett mer exakt värde på det irrationella talet $\,\lg 50 = 1{,}69897\ldots\,$ behövs i praktiken en miniräknare (eller tabell.) Exempel 2
[redigera] Olika baserMan kan tänka sig logaritmer som använder en annan bas än 10 (utom 1!). Man måste då tydligt ange vilket tal man använder som bas för logaritmen. Använder man t.ex. 2 som bas skriver man $\,\log_{\,2}\,$ för "2-logaritmen". Exempel 3
På samma sätt fungerar logaritmer i andra baser. Exempel 4
Om basen 10 används, skriver man sällan $\,\log_{\,10}\,$, utan som vi tidigare sett lg, eller enbart log, vilket förekommer på många miniräknare. [redigera] Naturliga logaritmerI praktiken är det två baser som oftast används för logaritmer, förutom 10 även talet $\,e\,$ $({}\approx 2{,}71828 \ldots\,)$. Logaritmer med basen e kallas naturliga logaritmer och skrivs ln i stället för $\,\log_{\,e}\,$. Exempel 5
På de flesta mer avancerade miniräknare finns vanligtvis knappar för 10-logaritmer och naturliga logaritmer. [redigera] LogaritmlagarMellan år 1617 och 1624 publicerade Henry Biggs en logaritmtabell av alla heltal upp till 20 000 och år 1628 utökade Adriaan Vlacq tabellen till alla heltal upp till 100 000. Anledningen till att man la ned så enormt mycket arbete på sådana tabeller är att man med hjälp av logaritmer kan multiplicera ihop tal bara genom att addera ihop deras logaritmer (addition går mycket snabbare att utföra än multiplikation).
Exempel 6 Beräkna $\,35\cdot 54\,$.
$$ 35 \cdot 54 \approx 10^{\,1{,}5441} \cdot 10^{\,1{,}7324} = 10^{\,1{,}5441 + 1{,}7324} = 10^{\,3{,}2765}$$ och vet vi sedan att $\,10^{\,3{,}2765} \approx 1890\,$ (dvs. $\,\lg 1890 \approx 3{,}2765\,$) så har vi lyckats beräkna produkten $$35 \cdot 54 = 1890$$ och detta bara genom att addera ihop exponenterna $\,1{,}5441\,$ och $\,1{,}7324\,$. Detta är ett exempel på en logaritmlag som säger att $$\log (ab) = \log a + \log b$$ och som följer av att å ena sidan är $$a\cdot b =10^{\textstyle\log a} \cdot 10^{\textstyle\log b} = \left\{ \mbox{potenslagarna} \right\} = 10^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,\log a+\log b\,}}$$ och å andra sidan är $$a\cdot b = 10^{\,\bbox[#AAEEFF,1pt]{\,\log (ab)\,}}\,\mbox{.}$$
$$\eqalign{\log(ab) &= \log a + \log b,\cr \log\displaystyle \frac{a}{b} &= \log a - \log b,\cr \log a^b &= b\cdot \log a\,\mbox{.}\cr}$$ Logaritmlagarna gäller oavsett bas. Exempel 7
Exempel 8
[redigera] Byte av basIbland kan det vara bra att kunna uttrycka en logaritm som en logaritm av en annan bas. Exempel 9
Den allmänna formeln för byte från en bas $\,a\,$ till en bas $\,b\,$ kan härledas på samma sätt $$\log_{\scriptstyle\,a} x = \displaystyle \frac{\log_{\scriptstyle\, b} x}{\log_{\scriptstyle\, b} a}\,\mbox{.}$$ Vill man byta bas i en potens kan man göra detta med hjälp av logaritmer. Om man exempelvis vill skriva $ 2^5 $ med basen 10 så skriver man först om 2 med basen 10, $$2 = 10^{\lg 2}$$ och utnyttjar sedan en av potenslagarna $$2^5 = (10^{\lg 2})^5 = 10^{5\cdot \lg 2}\quad ({}\approx 10^{1,505})\,\mbox{.}$$ Exempel 10
Råd för inläsning Grund- och slutprov Efter att du har läst texten och arbetat med övningarna ska du göra grund- och slutprovet för att bli godkänd på detta avsnitt. Du hittar länken till proven i din student lounge.
Du kan behöva lägga ner mycket tid på logaritmer. Logaritmer brukar behandlas översiktligt i gymnasiet. Därför brukar många högskolestudenter stöta på problem när det gäller att räkna med logaritmer.
För dig som vill fördjupa dig ytterligare eller behöver en längre förklaring Läs mer om logaritmer på engelska Wikipedia Läs mer om Talet e i The MacTutor History of Mathematics archive
|
|