M10 Der Logarithmus: Unterschied zwischen den Versionen
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e) <math>3^{-4}=\frac{1}{81}</math> }} | e) <math>3^{-4}=\frac{1}{81}</math> }} | ||
− | {{Merksatz|MERK=Es ist <math>log_a(a^r) = r</math> | + | {{Merksatz|MERK=Es ist <math>log_a(a) = 1</math> |
+ | |||
+ | <math>log_a(a^r) = r</math> | ||
<math>log_a(1) = 0</math>}} | <math>log_a(1) = 0</math>}} | ||
− | {{Aufgaben-blau|2|2=1. | + | {{Aufgaben-blau|2|2=1. Beerechne ohne TR<br> |
+ | a) log<sub>2</sub>32<br> | ||
+ | b) log<sub>2</sub>1024<br> | ||
+ | c) log<sub>3</sub>243<br> | ||
+ | d) log<sub>7</sub>7<br> | ||
+ | e) log<sub>10</sub>10000<br> | ||
+ | f) log<sub>10</sub>1<br> | ||
+ | g) log<sub>2</sub>0,5<br> | ||
+ | h) log<sub>2</sub><math>\frac{1}{8}</math><br> | ||
+ | i) log<sub>2</sub>0,25<br> | ||
+ | k) log<sub>5</sub>0,2<br> | ||
+ | l) log<sub>5</sub>0,04<br> | ||
+ | m) log<sub>5</sub>0,008<br> | ||
+ | n) log<sub>10</sub>0,1<br> | ||
+ | o) log<sub>0,1</sub>10<br> | ||
+ | p) log<sub>0,1</sub>1000<br> | ||
+ | q) log<sub>0,1</sub>0,01<br> | ||
+ | r) log<sub>0,1</sub>1<br> | ||
+ | s) log<sub>0,5</sub><math>\frac{1}{4}</math><br> | ||
+ | t) log<sub>0,5</sub><math>\frac{1}{2}</math><br> | ||
+ | u) log<sub>0,5</sub>2<br> | ||
+ | v) log<sub>2,5</sub>6,25<br> | ||
+ | w) log<sub>2,5</sub>1<br> | ||
+ | x) log<sub>2,5</sub>0,4<br> | ||
+ | y) log<sub>2,5</sub>0,16 | ||
+ | |||
+ | 2. Berechne ohne TR<br> | ||
+ | a) <math>log_7(\sqrt 7)</math><br> | ||
+ | b) <math>log_4(2)</math><br> | ||
+ | c) <math>log_2(\sqrt[3]2)</math><br> | ||
+ | d) <math>log_{27}(3)</math><br> | ||
+ | e) <math>log_{32}(2)</math><br> | ||
+ | f) <math>log_5(\sqrt[3]{25})</math><br> | ||
+ | g) <math>log_3(\sqrt{27})</math><br> | ||
+ | h) <math>log_2(2\sqrt 2)</math><br> | ||
+ | i) <math>log_2(8\sqrt 8)</math><br> | ||
+ | k) <math>log_{100}(10)</math><br> | ||
+ | l) <math>log_{100}(1000)</math><br> | ||
+ | m) <math>log_{100}(0,001)</math><br> | ||
+ | n) <math>log_{\sqrt 3}(3)</math><br> | ||
+ | o) <math>log_{\sqrt 6}(\frac{1}{6})</math><br> | ||
+ | p) <math>log_{\sqrt 2}(2^{-3})</math><br> | ||
+ | q) <math>log_{\sqrt 7}(1)</math><br> | ||
+ | |||
− | 2 | + | Tipp: Stelle die passende Exponentialgleichung auf!<br> |
+ | Für log<sub>2</sub>(32) lautet die Exponentialgleichung <math>2^x = 32</math>, also x = 5}} | ||
{{Lösung versteckt|1=Stelle eventuell die passende Exponentialgleichung auf!<br> | {{Lösung versteckt|1=Stelle eventuell die passende Exponentialgleichung auf!<br> | ||
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Zur Begründung der Rechenregeln:<br> | Zur Begründung der Rechenregeln:<br> | ||
+ | Man geht bei den Begründungen auf die Definition des Logarithmus zurück und macht dann entsprechende Umformungen bei den Exponentialgleichungen. Das Ergebnis erhält man, wenn man die Exponenten vergleicht. <br> | ||
1. <math>log_a(p\cdot q) = log_a(p) + log_a(q)</math> erhält man durch folgende Überlegung:<br> | 1. <math>log_a(p\cdot q) = log_a(p) + log_a(q)</math> erhält man durch folgende Überlegung:<br> | ||
<math>p = b^x</math> und <math>q = b^y</math>. Dann ist <math>p\cdot q = b^x \cdot b^y = b^{x+y}</math>, also <math>x + y = log_b(p\cdot q)</math>.<br> | <math>p = b^x</math> und <math>q = b^y</math>. Dann ist <math>p\cdot q = b^x \cdot b^y = b^{x+y}</math>, also <math>x + y = log_b(p\cdot q)</math>.<br> | ||
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<math>p = b^x</math> und <math>q = b^y</math>. Dann ist <math>p : q = b^x : b^y = b^{x-y}</math>, also <math>x - y = log_b(p : q)</math>.<br> | <math>p = b^x</math> und <math>q = b^y</math>. Dann ist <math>p : q = b^x : b^y = b^{x-y}</math>, also <math>x - y = log_b(p : q)</math>.<br> | ||
Da <math>x = log_b (p)</math> und <math>y = log_b(q)</math> ist erhält man <math>log_b(p)-log_b(q)=x-y=log_b(p: q)=\log_b(\frac{p}{q})</math>. | Da <math>x = log_b (p)</math> und <math>y = log_b(q)</math> ist erhält man <math>log_b(p)-log_b(q)=x-y=log_b(p: q)=\log_b(\frac{p}{q})</math>. | ||
+ | |||
+ | 3. Es ist <math>a^{log_a(p^r)} = p^r = (a^{log_a(p)})^r=a^{r\cdot log_a(p)}</math>. Zwei Potenzen mit gleicher Basis haben denselben Wert, wenn auch ihre Exponenten gleich sind, also <math>log_a(p^r) = r\cdot log_a(p)</math>. | ||
<center>{{#ev:youtube |gKtM31rf_7s|350}}</center> | <center>{{#ev:youtube |gKtM31rf_7s|350}}</center> | ||
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Diese beiden Symbole findest du auch auf dem Taschenrechner.}} | Diese beiden Symbole findest du auch auf dem Taschenrechner.}} | ||
− | 4. <math>lg(\sqrt {250})-lg(\sqrt 2)+0,5lg(8)=lg({\frac{\sqrt {250} \cdot \sqrt 8}{\sqrt 2}}= lg(\sqrt{1000} =\ | + | 4. <math>lg(\sqrt {250})-lg(\sqrt 2)+0,5lg(8)=lg({\frac{\sqrt {250} \cdot \sqrt 8}{\sqrt 2}}= lg(\sqrt{1000} =\lg(10^{\frac{3}{2}})=\frac{3}{2}</math> |
+ | |||
+ | {{Aufgaben-blau|4|2=Für die Logarithmen zur Basis 2 hat man diese Tabelle: | ||
+ | [[Datei:Log zur Basis 2.jpg]] | ||
+ | |||
+ | Berechne die Logarithmen auf zwei verschiedene Arten: <br> | ||
+ | 1.) indem du zuerst das Argument des Logarithmus berechnest und dann logarithmierst.<br> | ||
+ | 2.) indem die Rechenregeln verwendest und die Logarithmen addierst, subtrahierst, .... | ||
+ | |||
+ | Beispiel: log<sub>2</sub>(4·8) berechnest du als <br> | ||
+ | 1.) log<sub>2</sub>(4·8)=log<sub>2</sub>(32)=5<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(4·8) = log<sub>2</sub>(4) + log<sub>2</sub>(8)= 2 + 3 = 5 | ||
+ | |||
+ | a) log<sub>2</sub>(4·16)<br> | ||
+ | b) log<sub>2</sub>(4·32)<br> | ||
+ | c) log<sub>2</sub>(8·32)<br> | ||
+ | d) log<sub>2</sub>(<math>\frac{32}{8}</math>)<br> | ||
+ | e) log<sub>2</sub>(<math>\frac{64}{4}</math>)<br> | ||
+ | f) log<sub>2</sub>(<math>\frac{128}{8}</math>)<br> | ||
+ | g) log<sub>2</sub>(<math>\frac{256}{32}</math>)<br> | ||
+ | h) log<sub>2</sub>(4<sup>3</sup>)<br> | ||
+ | i) log<sub>2</sub>(8<sup>5</sup>) }} | ||
+ | |||
+ | {{Lösung versteckt|1=a) 1.) log<sub>2</sub>(4·16)=log(64)=6<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(4·16)= log<sub>2</sub>(4) + log<sub>2</sub>(16) = 2 + 4 = 6 | ||
+ | |||
+ | b) 1.) log<sub>2</sub>(4·32)= log<sub>2</sub>(128) = 7<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(4·16) = log<sub>2</sub>(4) + log<sub>2</sub>(16) ? 2 + 4 = 6 | ||
+ | |||
+ | c) 1.) log<sub>2</sub>(8·32) = log<sub>2</sub>(256) = 8<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(8·32)= log<sub>2</sub>(8) + log<sub>2</sub>(32) = 3 + 5 = 8 | ||
+ | |||
+ | d) 1.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{32}{8}</math>) = log<sub>2</sub>(4) = 2<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{32}{8}</math>) = log<sub>2</sub>(32) - log<sub>2</sub>(8) = 5 - 3 = 2 | ||
+ | |||
+ | e) 1.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{64}{4}</math>) = log<sub>2</sub>(16) = 4<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{64}{4}</math>) = log<sub>2</sub>(64) - log<sub>2</sub>(4) = 6 - 2 = 4 | ||
+ | |||
+ | f) 1.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{128}{8}</math>) = log<sub>2</sub>(16) = 4<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{128}{8}</math>) = log<sub>2</sub>(128) - log<sub>2</sub>(8) = 7 - 3 = 4 | ||
+ | |||
+ | g) 1.) log<sub>2</sub>(<math>\frac{256}{32}</math>) = g) log<sub>2</sub>(8) = 3<br> | ||
+ | 2.) g) log<sub>2</sub>(<math>\frac{256}{32}</math>) = log<sub>2</sub>(256) - log<sub>2</sub>(32) = 8 - 5 = 3 | ||
+ | |||
+ | h) 1.) log<sub>2</sub>(4<sup>3</sup>) = log<sub>2</sub>(512) = 9<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(4<sup>3</sup>) = 3·log<sub>2</sub>(4) = 3·3 = 9 | ||
+ | |||
+ | i) 1.) log<sub>2</sub>(8<sup>5</sup>) = log<sub>2</sub>(32768) = 15<br> | ||
+ | 2.) log<sub>2</sub>(8<sup>5</sup>) = 5·log<sub>2</sub>(8) = 5·3 = 15 }} | ||
+ | |||
{{Merke|1='''Nicht verwechseln!''' | {{Merke|1='''Nicht verwechseln!''' | ||
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{{Merksatz|MERK=<center>{{#ev:youtube |ptu_0F0hNd8|350}}</center> | {{Merksatz|MERK=<center>{{#ev:youtube |ptu_0F0hNd8|350}}</center> | ||
− | Basiswechsel: <math> log_a(p) = \frac{log_b(p)}{log_b(a)}</math> }} | + | '''Basiswechsel''': <math> log_a(p) = \frac{log_b(p)}{log_b(a)}</math> }} |
Zur Begründung: <math>x = log_a(p)</math> ist Lösung der Gleichung <math>a^x = p</math>.<br> | Zur Begründung: <math>x = log_a(p)</math> ist Lösung der Gleichung <math>a^x = p</math>.<br> | ||
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Diese Gleichung löst man nach dem Exponenten auf. Es ist <math>x \cdot log_b(a) = log_b(p)</math>, dividiert durch den Koeffizienten von x und erhält <math> x = \frac{log_b(p)}{log_b(a)}</math>.<br> | Diese Gleichung löst man nach dem Exponenten auf. Es ist <math>x \cdot log_b(a) = log_b(p)</math>, dividiert durch den Koeffizienten von x und erhält <math> x = \frac{log_b(p)}{log_b(a)}</math>.<br> | ||
Damit hat man gezeigt, dass <math>log_a(p) = x = \frac{log_b(p)}{log_b(a)}</math> ist. | Damit hat man gezeigt, dass <math>log_a(p) = x = \frac{log_b(p)}{log_b(a)}</math> ist. | ||
+ | |||
+ | Beispiele: Auf den Taschenrechnern sind immer zwei Logarithmus-Tasten, meist eine Taste log oder lg für den Logarithmus zur Basis 10 und ln für den Logarithmus zur Basis e. <br> | ||
+ | <math>log_2(5) = \frac{lg(5)}{lg(2)}\approx 2,231928</math><br> | ||
+ | <math>log_7(2)=\frac{ln(2)}{ln(7)}\approx 0,359207</math> | ||
+ | |||
+ | {{Aufgaben-blau|5|2=Vervollständige die Tabellen mit Hilfe deines Taschenrechners:<br> | ||
+ | 1. [[Datei:Log zur basis 10.jpg]] | ||
+ | |||
+ | 2. Verwende die Formel für den Basiswechsel! <br> | ||
+ | [[Datei:Log zur Basis 2 2.jpg]] }} | ||
+ | |||
+ | {{Lösung versteckt|1=1. [[Datei:Log zur basis 10 2.jpg]] | ||
+ | |||
+ | 2. [[Datei:Log zur Basis 2 2a.jpg]] <br> | ||
+ | Ich habe diese Tabelle mit einer Tabellenkalkulation erstellt, dort gibt man auch die Basis ein, also berechnet man tatsächlich den gewünschen Logarithmus. Ihr sollt aber ja den Basiswechsel am TR üben. }} | ||
+ | |||
+ | {{Aufgaben-blau|6|2=Bearbeite die Aufgaben auf <br> | ||
+ | 1. [https://de.serlo.org/mathe/23768/aufgaben-zum-rechnen-mit-logarithmen dieser Seite]. <br> | ||
+ | 2. [http://www.mathe-trainer.de/Klasse10/Exponentialfunktion/Block5/Aufgaben.htm dieser Seite].<br> | ||
+ | 3. [https://mathe.aufgabenfuchs.de/potenz/logarithmus.shtml dieser Seite]. }} |
Aktuelle Version vom 21. November 2022, 07:37 Uhr
Die Gleichung ist ganz leicht zu lösen. Man erhält . Dies geht immer gut, wenn der Wert auf der rechten Seite eine Potenz der Basis ist, also
hat die Lösung ,
hat die Lösung ,
hat die Lösung .
Doch was macht man, wenn die Gleichung lautet?
Man hatte schon einmal ein ähnliches Problem. Die Gleichung hat die Lösungen und . Für die Gleichung hat man dann neue Zahlen eingeführt, die Wurzeln, und die Gleichung hatte die Lösungen .
Für die Gleichung muss man, um eine Lösung zu haben, neue Zahlen einführen, die Logarithmen bzw. den Logarithmus.
Merke:
Die Gleichung mit a R+ und p > 0 hat die Lösung . Man spricht für : "x ist der Logarithmus von p zur Basis a" |
Beispiele: hat die Lösung
hat die Lösung
hat die Lösung
hat die Lösung
1a)
b)
c)
d)
e)
f)
2a)
b)
c)
d)
Merke:
Es ist
|
Stelle eventuell die passende Exponentialgleichung auf!
Für log2(32) lautet die Exponentialgleichung , also x = 5
1a) 5; b) 10; c) 5; d) 1; e) 4; f) 0; g) -1; h) -3; i) -2; k) -1; l) -2; m) -3
n) -1; o) -1; p) -3; q) 2; r) 0; s) 2; t) 1; u) -1; v) 2; w) 0; x) -1; y) -2
2a) 0,5; b) 0,5; c) ; d) ; e) ; f) ; g) ; h) ;;
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
Merke:
Rechengesetze des Logarithmus Logarithmus eines Produkts: Logarithmus eines Quotienten: Logarithmus einer Potenz: |
Zur Begründung der Rechenregeln:
Man geht bei den Begründungen auf die Definition des Logarithmus zurück und macht dann entsprechende Umformungen bei den Exponentialgleichungen. Das Ergebnis erhält man, wenn man die Exponenten vergleicht.
1. erhält man durch folgende Überlegung:
und . Dann ist , also .
Da und ist erhält man .
2. erhält man durch folgende Überlegung:
und . Dann ist , also .
Da und ist erhält man .
3. Es ist . Zwei Potenzen mit gleicher Basis haben denselben Wert, wenn auch ihre Exponenten gleich sind, also .
Beispiele:1.
2.
3.
Für schreibt man Für schreibt man , wenn e die Eulersche Zahl e = 2, 718 281 828 459 045 235 360 287 ... ist. Diese beiden Symbole findest du auch auf dem Taschenrechner. |
4.
a) 1.) log2(4·16)=log(64)=6
2.) log2(4·16)= log2(4) + log2(16) = 2 + 4 = 6
b) 1.) log2(4·32)= log2(128) = 7
2.) log2(4·16) = log2(4) + log2(16) ? 2 + 4 = 6
c) 1.) log2(8·32) = log2(256) = 8
2.) log2(8·32)= log2(8) + log2(32) = 3 + 5 = 8
d) 1.) log2() = log2(4) = 2
2.) log2() = log2(32) - log2(8) = 5 - 3 = 2
e) 1.) log2() = log2(16) = 4
2.) log2() = log2(64) - log2(4) = 6 - 2 = 4
f) 1.) log2() = log2(16) = 4
2.) log2() = log2(128) - log2(8) = 7 - 3 = 4
g) 1.) log2() = g) log2(8) = 3
2.) g) log2() = log2(256) - log2(32) = 8 - 5 = 3
h) 1.) log2(43) = log2(512) = 9
2.) log2(43) = 3·log2(4) = 3·3 = 9
i) 1.) log2(85) = log2(32768) = 15
Nicht verwechseln! |
Merke:
Basiswechsel: |
Zur Begründung: ist Lösung der Gleichung .
Nun möchte man die Basis a durch die Basis b ersetzen. Dazu verwendet man, dass ist.
Es ist dann und die Gleichung lautet dann
Diese Gleichung löst man nach dem Exponenten auf. Es ist , dividiert durch den Koeffizienten von x und erhält .
Damit hat man gezeigt, dass ist.
Beispiele: Auf den Taschenrechnern sind immer zwei Logarithmus-Tasten, meist eine Taste log oder lg für den Logarithmus zur Basis 10 und ln für den Logarithmus zur Basis e.