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2.2 对数函数
2.2.1 对数与对数运算
一、考点聚焦
一、对数的概念
一般地,如果,那么数叫做以为底N的对数,记作,其中叫做对数的底数,N叫做真数。
说明:(1)实质上,上述对数表达式,不过是指数函数的另一种表达形式,例如:与这两个式子表达是同一关系,因此,有关系式
(2)“”同“+”“×”“”等符号一样,表示一种运算,即已知一个数和它的幂求指数的运算,这种运算叫对数运算,不过对数运算的符号写在数的前面。
(3)根据对数的定义,对数具有下列性质:
①零和负数没有对数,即;
②1的对数为零,即;
③底的对数等于1,即
2.对数的运算法则
(1)基本公式:
①,即正数的积的对数,等于同一底数的各个因数的对数的和。
②,即两个正数的商的对数,等于被除数的对数减去除数的对数。
③,即正数的幂的对数等于幂的底数的对数乘以幂指数。
(2)要熟练掌握公式的运用和逆用。
(3)在使用公式的过程中,要注意公式成立的条件。
例如:真数为两负数的积,不能写成=
3.换底公式
利用对数的换底公式,能够将一般对数式转化为自然对数或常用对数,为解决实际问题和数学计算带来方便。
(1)常用对数:对数在底数时,叫做常数对数,记作
求一个正实数的常用对数,可通过对数表或使用计算器求解。
(2)自然对数:在科学技术中,常常使用以无理数为底的对数,以e为底的对数叫做自然对数,通常记作
(3)自然对数与常用对数的关系:
(4)要注意换底公式特点:
从左到右,将以为底的对数换成了以为底的对数,统一了底数,为计算带来了方便;从右至左,将分式化为整数,为化简带来了方便。
4.对数与指数式的关系及相互转换
利用对数式与指数式这一关系,可以把指数与对数进行互化,从而使问题顺利地得到解决,求某些对数值就可把它转化为指数问题。
二、点击考点
[考题1]求下列各式的
(1);(2);
(3);(4)
[解析](1)由,得,即;
(2)由,得,即,故;
(3)由,得故;
(4)由,得故
[点评]对数的定义是对数形式和指数形式互化的依据,而对数形式与指数形式的互化又是解决问题重要手段。
[考题2]求下列各式的值:
(1);
(2);
(3)
[分析]利用对数的性质求解,首先要明确解题目目标是化异为同,先使各项底数相同,才能使用性质,再找真数间的联系,对于复杂的真数,可以先化简再计算。
[解析](1)原式
(2)原式=
==
(3)∵
∴原式
[点评]对数的求值一般有两种方法:一种是将式中真数的积、商、幂、方根利用对数的运算性质将它们化为对数的和、差、积、商,然后化简求值;另一种方法是将式中的和、差、积、商运用对数的运算法则将它们化为真数的积、商、幂、方根,然后化简求值。
[考题3]已知求
[解析]已知条件与所求对数的底是不相同的,因此考虑应用换底公式。
解法一:∵,∴
∴
解法二:∵,∴
∴
解法三:∵
∴
∴
[点评]本题还有其他方法,这里,都是把指数式改写为对数式,再把所求对数通过换底公式换成和它相同底数的对数,以便利用已知条件和对数的性质求解。
[考题4](1)设,求的值.
(2)已知均大于1,,求
[分析](1)首先将指数式化为对数式,再利用对数的性质进行计算。(2)观察已知条件,真数相同,底数不同,若将拆成、、,则问题获得解决,因此,要多次使用等式
[解析](1)∵
∴
∴,
∴
(2)由得
由得,
由得,
即
∴,
解得
∴
[点评](1)本题(1)通过将、的值用换底公式转化为同底数的对数,再利用对数的运算法则求值,此外,我们还可以用换底公式得到一个常用的关系式,常用来把分式转化为整式。
(2)对数的换底公式在解题中起着重要的转化作用,能够将不同底的问题转化为同底,从而使我们利用对数的运算性质解题的想法得以实现。
[考题5]已知、、为正数,且,求的取值范围.
[解析]∵
∴
∴
∵,∴上式关于的方程有实根。
∴.
∴
∴,或
∴或
[点评]对数知识又常常与其他知识交汇在一起,构成较复杂的题目,如此题与方程、不等式综合,这时首先要牢牢掌握对数的定义,注意其与指数式的转化;灵活运用运算法则就可使问题得到解决。
[考题6]科学研究表明,宇宙射线在大气中能够产生放射性碳-14,碳-14的衰变极有规律,其精确性可以称为自然界的“标准时钟”。动植物在生长过程中衰变的碳-14,可以通过与大气的相互作用得到补充,所以活着的动植物每克组织中的碳-14含量保持不变,死亡后的动植物,停止了与外界环境的相互作用,机体中原有的碳-14按确定的规律衰减,我们已经知道其“半衰期”为5730年。
(1)设生物体死亡时,体内每克组织的碳-14含量为l,试推算生物死亡年后体内每克组织中的碳-14含量P;
(2)湖南长沙马王堆汉墓女尸体出土时碳-14的残余量约占原始
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