Алгебра

Определение логарифма, основное логарифмическое тождество

      Рассмотрим два произвольных действительных числа   a   и   b,   удовлетворяющих условиям

(1)

      Определение. Логарифмом числа   b   по основанию   a   называют такую степень, в которую надо возвести число   a,   чтобы получить число   b.

      Другими словами, логарифм числа   b   по основанию   a   – это такое число   x,   которое является решением уравнения

a x= b .

(2)

      Доказательство того, что решение уравнения (2) существует и единственно, выходит за рамки школьной программы.

      Для логарифма числа   b   по основанию   a   используется обозначение:

log_a b .

      Таким образом, для всех действительных чисел   a   и   b,   удовлетворяющих условиям (1), справедливо равенство

которое часто называют основным логарифмическим тождеством.

      Замечание

Обратим особое внимание на то, что при решении уравнения (2) мы ищем показатель степени, а при решении уравнения. x a = b

x a = b.

мы ищем основание степени, которое вычисляется по формуле

и в случае, когда   a   – натуральное число, является корнем натуральной степени из числа   b.

      Пример 1. Решить уравнение

x3 = 81 .

      Решение. Воспользовавшись понятием кубического корня и свойствами степеней, получаем

      Ответ: .

      Пример 2. Решить уравнение

3x= 81 .

      Решение. Воспользовавшись тем, что число   81   является четвертой степенью числа   3 ,   получаем:

      Ответ:   4 .

      Задача. Доказать, что число

log₂ 3

      Решение. Предположим противное, т.е. предположим, что указанное число рационально. Тогда существует несократимая дробь

,

числитель и знаменатель которой являются натуральными числами и такая, что справедливо равенство:

      Из определения логарифма отсюда вытекает равенство:

следствием которого является равенство:

2m= 3n .

      Но последнее равенство невозможно, поскольку его левая часть четное число, а правая – нечетное. Полученное противоречие доказывает требуемое в задаче утверждение.

Формула логарифма произведения

Теорема 2

Формула логарифма произведения распространяется не только на произведение двух чисел, но и на произведение конечного количества чисел:

$\log_{a}⁡(x_1 \cdot x_2 \cdot \cdots \cdot x_n )=\log_{a}x_1+\log_{a}x_2+ \cdots +\log_{a}x_n$

при $a, x_1, x_2, \cdots, x_n > 0$ , $a \ne 1$.

Пример 2

$\lg⁡(12\sqrt{3} y)=\lg⁡12+\lg\sqrt{3}+\lg⁡y$.

Замечание 1

Логарифм произведения применяется в тех случаях, когда необходимо упростить выражение или выражение данного логарифма через другой необходимо для его вычисления при известном значении другого логарифма.

Пример 3

Вычислить $\log_{13}⁡2197$.

Решение.

Применим свойство логарифма произведения:

$\log_{13}⁡2197=\log_{13}⁡(13 \cdot 13 \cdot 13)=\log_{13}⁡13+\log_{13}⁡13+\log_{13}⁡13=3 \log_{13}13=3 \cdot 1=3$.

Ответ: $\log_{13}⁡2197=3$.

Данный пример демонстрирует применение формулы логарифма числа, которое раскладывается на три множителя.

Пример 4

Вычислить $\log_{7}49 \sqrt{49}$.

Решение.

Применим теорему о логарифме произведения:

$\log_{7}49 \sqrt{49}=\log_{7}⁡49+\log_{7} \sqrt{49}=$

подлогарифмические выражения обоих логарифмов запишем как основание логарифма в степени, а затем применим формулу логарифма степени:

$=\log_{7}7^2+\log_{7}7^{\frac{2}{3}}=$

показатели степени вынесем из-под знака логарифма и запишем перед ним:

$=2 \log_{7}⁡7+\frac{2}{3} log_{7}⁡7=2+\frac{2}{3}=2 \frac{2}{3}$.

Ответ: $\log_{7}49 \sqrt{49}=2 \frac{2}{3}$.

Распространены случаи логарифмов

Одними из распространенных логарифмов такие в которых основание ровное десять, экспоненте или двойке. Логарифм по основанию десять принято называть десятичным логарифмом и упрощенно обозначать lg(x).

Из записи видно, что основы в записи не пишут. Для примера

Натуральный логарифм – это логарифм у которого за основу экспонента (обозначают ln(x)).

Экспонента равна 2,718281828…. Чтобы запомнить экспоненту можете изучить правило: экспонента равна 2,7 и два раза год рождения Льва Николаевича Толстого. Зная это правило будете знать и точное значение экспоненты, и дату рождения Льва Толстого.

И еще один важный логарифм по основанию два обозначают

Производная от логарифм функции равна единице разделенной на переменную

Интеграл или первообразная логарифма определяется зависимостью

Приведенного материала Вам достаточно, чтобы решать широкий класс задач связанных с логарифмами и логарифмирования. Для усвоения материала приведу лишь несколько распространенных примеров из школьной программы и ВУЗов.

Глава 2. Элементы высшей математики.

1. Пределы

Пределом функции

является конечное число А, если при
стремлении xx

для каждого наперед заданного
,
найдется такое число
,
что как только
,
то
.

Функция, имеющая предел, отличается от
него на бесконечно малую величину:
,
где- б.м.в., т.е..

Пример. Рассмотрим функцию
.

При стремлении
,
функцияy


стремится к нулю:

1.1. Основные теоремы о пределах.

Предел
постоянной величины равен этой постоянной
величине

.

Предел
суммы (разности) конечного числа функций
равен сумме (разности) пределов этих
функций.

Предел
произведения конечного числа функций
равен произведению пределов этих
функций.

Предел
частного двух функций равен частному
пределов этих функций, если предел
знаменателя не равен нулю.

Замечательные пределы

,
,
где

1.2. Примеры вычисления пределов

Однако, не все пределы вычисляются так
просто. Чаще вычисление предела сводится
к раскрытию неопределенности типа:

или
.

.

2. Производная функции

Пусть мы имеем функцию
,
непрерывную на отрезке
.

Аргумент
получил некоторое приращение
.
Тогда и функция получит приращение
.

Значению аргумента

соответствует значение функции
.

Значению аргумента
соответствует значение функции
.

Следовательно,
.

Найдем предел этого отношения при
.
Если этот предел существует, то он
называется производной данной функции.

Определение 3Производной данной функции
по
аргументу
называется предел отношения приращения
функции к приращению аргумента, когда
приращение аргумента произвольным
образом стремится к нулю.

Производная функцииможет быть обозначена следующим образом:

;
;
;
.

Определение 4Операция нахождения производной от
функции называетсядифференцированием.

Правила и некоторые ограничения

В математике существует несколько правил-ограничений, которые принимаются как аксиома, то есть не подлежат обсуждению и являются истиной. Например, нельзя числа делить на ноль, а еще невозможно извлечь корень четной степени из отрицательных чисел. Логарифмы также имеют свои правила, следуя которым можно с легкостью научиться работать даже с длинными и емкими логарифмическими выражениями:

• основание «a» всегда должно быть больше нуля, и при этом не быть равным 1, иначе выражение потеряет свой смысл, ведь «1» и «0» в любой степени всегда равны своим значениям;
• если а > 0, то и а b >0, получается, что и «с» должно быть больше нуля.

Как решать логарифмы: попробуйте сами

А теперь возвращаемся к задачам, которые мы дали в начале статьи.

Пример 1

log₃ 81

Вспомните, что 81 — это 92. А 9 — это 32. Таким образом:

log₃ 81 = log₃ 92 = log₃ 32+2 = log₃ 34

Теперь логарифм не представляет для нас никаких сложностей. Воспользуемся свойством степени и вынесём четвёрку.

log₃ 34 = 4 × log₃ 3 = 4 × 1 =4

Ответ: 4.

Пример 2

lg 2 × lb 10

Переведём сокращённые записи в полный вид:

lg 2 × lb 10 = log₁₀ 2 × log₂ 10

Приведём оба логарифма к одному основанию.

log₁₀ 2 × log₂ 10 = 1/log₂ 10 × log₂ 10 = log₂ 10/log₂ 10 = 1

Ответ: 1.

Пример 3

log₂₁₆ 2 + log₂₁₆ 3

Воспользуемся свойством суммы.

log₂₁₆ 2 + log₂₁₆ 3 = log₂₁₆ 2 × 3 = log₂₁₆ 6

Представим 216 в виде степени числа 6 и вынесем с помощью свойства степени.

log₂₁₆ 6 = log₆3 6 = 1/3 × log₆ 6 = 1/3 × 1 = 1/3

Разновидности логарифмов

Для многих учеников и студентов эта тема кажется сложной и непонятной, однако на самом деле логарифмы не так страшны, главное — понять общий их смысл и запомнить их свойста и некоторые правила. Существует три отдельных вида логарифмических выражений:

1. Натуральный логарифм ln a, где основанием является число Эйлера (e = 2,7).
2. Десятичный a, где основанием служит число 10.
3. Логарифм любого числа b по основанию a>1.

Каждый из них решается стандартным способом, включающим в себя упрощение, сокращение и последующее приведение к одному логарифму с помощью логарифмических теорем. Для получения верных значений логарифмов следует запомнить их свойства и очередность действий при их решениях.

Применение логарифмических свойств в примерах

Пример 1

Найдите значение выражения , если .

Если видите частное в показателе логарифма, то распишите по 3-й формуле: .

Решение

У каждого логарифма в показателе стоит степень, значит, поможет 4-я формула:

Первый логарифм можно вычислить по определению

И обратите внимание на второй логарифм: у него в основании стоит а, а в условии задачи дан логарифм с основанием b, значит, нужно а как-то заменить на b. Возможно ли это? Конечно, 7-я формула в помощь!

Подставьте числовое значение из условия, и все готово:

.

Отличный пример! Мы использовали практически все свойства логарифмов. А теперь попрактикуйтесь еще, но помните, что задача с подвохом!

Пример 2

Вычислите: .

Получился ответ 27? Если да, то поздравляю: вы попались на удочку самых популярных ошибок! Какое бы задание вам ни встретилось, действия с логарифмами нужно производить только по определениям и правилам. В примере вы видите деление двух логарифмов. А есть ли какая-то формула, в которой записано деление двух логарифмов?

Конечно, это формула перехода к новому основанию, которую мы привели в пункте 6 выше. Применим ее к этому случаю и вычислим логарифм по определению, задав вопрос: в какую степень нужно возвести основание, чтобы получился показатель?

И получается ответ 4, а не 27.

Натуральный логарифм

Существует еще один логарифм, который имеет собственное обозначение. В некотором смысле, он даже более важен, чем десятичный. Речь идет о натуральном логарифме.

Многие спросят: что еще за число e? Это иррациональное число, его точное значение найти и записать невозможно. Приведу лишь первые его цифры:e = 2,718281828459…

Не будем углубляться, что это за число и зачем нужно. Просто помните, что e — основание натурального логарифма: ln x = log e x

Таким образом, ln e = 1; ln e 2 = 2; ln e 16 = 16 — и т.д. С другой стороны, ln 2 — иррациональное число. Вообще, натуральный логарифм любого рационального числа иррационален. Кроме, разумеется, единицы: ln 1 = 0.

Для натуральных логарифмов справедливы все правила, которые верны для обычных логарифмов.

Логарифмы – свойства, формулы, как решать

Если взять число из нижней строчки, то можно легко найти степень, в которую придется возвести двойку, чтобы получилось это число. Например, чтобы получить 16, надо два возвести в четвертую степень. А чтобы получить 64, надо два возвести в шестую степень. Это видно из таблицы.

А теперь — собственно, определение логарифма:

Обозначение: log a x = b, где a — основание, x — аргумент, b — собственно, чему равен логарифм.

Например, 2 3 = 8 ⇒log 2 8 = 3 (логарифм по основанию 2 от числа 8 равен трем, поскольку 2 3 = 8). С тем же успехом log 2 64 = 6, поскольку 2 6 = 64.

Операцию нахождения логарифма числа по заданному основанию называют. Итак, дополним нашу таблицу новой строкой:

2 1	2 2	2 3	2 4	2 5	2 6
2	4	8	16	32	64
log 2 2 = 1	log 2 4 = 2	log 2 8 = 3	log 2 16 = 4	log 2 32 = 5	log 2 64 = 6

К сожалению, далеко не все логарифмы считаются так легко. Например, попробуйте найти log 2 5. Числа 5 нет в таблице, но логика подсказывает, что логарифм будет лежать где-то на отрезке . Потому что 2 2

Такие числа называются иррациональными: цифры после запятой можно писать до бесконечности, и они никогда не повторяются. Если логарифм получается иррациональным, его лучше так и оставить: log 2 5, log 3 8, log 5 100.

Важно понимать, что логарифм — это выражение с двумя переменными (основание и аргумент). Многие на первых порах путают, где находится основание, а где — аргумент

Чтобы избежать досадных недоразумений, просто взгляните на картинку:

Перед нами — не что иное как определение логарифма. Вспомните: логарифм — это степень
, в которую надо возвести основание, чтобы получить аргумент. Именно основание возводится в степень — на картинке оно выделено красным. Получается, что основание всегда находится внизу! Это замечательное правило я рассказываю своим ученикам на первом же занятии — и никакой путаницы не возникает.

Логарифмическая единица и логарифмический ноль

В заключение приведу два тождества, которые сложно назвать свойствами — скорее, это следствия из определения логарифма. Они постоянно встречаются в задачах и, что удивительно, создают проблемы даже для «продвинутых» учеников.

1. logaa = 1 — это. Запомните раз и навсегда: логарифм по любому основанию a от самого этого основания равен единице.
2. loga 1 = 0 — это. Основание a может быть каким угодно, но если в аргументе стоит единица — логарифм равен нулю! Потому что a0 = 1 — это прямое следствие из определения.

Вот и все свойства. Обязательно потренируйтесь применять их на практике! Скачайте шпаргалку в начале урока, распечатайте ее — и решайте задачи.

Как известно, при перемножении выражений со степенями их показатели всегда складываются (a b *a c = a b+c). Этот математический закон был выведен Архимедом, а позже, в VIII веке, математик Вирасен создал таблицу целых показателей. Именно они послужили для дальнейшего открытия логарифмов. Примеры использования этой функции можно встретить практически везде, где требуется упростить громоздкое умножение на простое сложение. Если вы потратите минут 10 на прочтение этой статьи, мы вам объясним, что такое логарифмы и как с ними работать. Простым и доступным языком.

Зачем нужны логарифмы в жизни

Вокруг нас и в быту мы встречаем гораздо больше логарифмов, чем кажется. Вот несколько примеров.

Децибелы, в которых измеряется относительная громкость любых звуков, считаются по десятичному логарифму. Относительная — потому что она считается от минимального порога громкости, которую только может расслышать человек. Например, если громкость звука равна 20 децибел, то это значит, что это громче самого тихого в 100 раз, а если 30 децибел — то в 1000 раз.

В химии активность водородных ионов тоже считается по логарифмической шкале.

Выдержки и диафрагмы в фотографии тоже меняются логарифмически — каждое новое значение больше или меньше предыдущего в определённое число раз.

В ракетостроении для вычисления скорости ракеты используется уравнение Циолковского. В основе этого уравнения — логарифмическая зависимость от массы ракеты с топливом и без него.

Как считать логарифмы в Python

Чтобы работать с логарифмическими выражениями в Python, необходимо импортировать модуль math:

И теперь посчитаем log₂ 8, используя метод math.log (b, a):

Обратите внимание на два момента. Во-первых, мы сначала передаём функции аргумент и только потом — основание

Во-вторых, функция всегда возвращает тип данных float, даже если результат целочисленный.

Если мы не передаём функции основание, то логарифм по умолчанию считается натуральным:

Для подсчёта десятичного и двоичного логарифма есть отдельные методы:

Ещё в Python есть специфичный метод, который прибавляет к аргументу единицу и считает натуральный логарифм от получившегося числа:

Когда х близок к нулю, этот метод даёт более точные результаты, чем math.log (1+x). Сравните:

Это все основные инструменты для работы с логарифмами в Python.

Сложение и вычитание логарифмов.

Возьмем два логарифма с одинаковыми основаниями: log a x
и log a y
. Тогда сними возможно выполнять операции сложения и вычитания:

log a x+ log a y= log a (x·y);

log a x — log a y = log a (x:y).

log a
(x
1
.
x
2
.
x
3
…
x k
) =
log a x
1
+
log a x
2
+
log a x
3
+ … +
log a x k
.

Из теоремы логарифма частного
можно получить еще одно свойство логарифма. Общеизвестно, что log a
1= 0, следовательно,

log a
1 / b
= log a
1 — log a b
= — log a b
.

А значит имеет место равенство:

log a 1 / b = — log a b.

Логарифмы двух взаимно обратных чисел
по одному и тому же основанию будут различны друг от друга исключительно знаком. Так:

Log 3 9= — log 3 1 / 9 ; log 5 1 / 125 = -log 5 125.

Проверьте, не стоят ли под знаком логарифма отрицательные числа или единица.
Данный метод применим к выражениям вида log b ⁡ (x) log b ⁡ (a) {\displaystyle {\frac {\log _{b}(x)}{\log _{b}(a)}}}
. Однако он не годится для некоторых особых случаев:

Логарифм отрицательного числа не определен при любом основании (например, log ⁡ (− 3) {\displaystyle \log(-3)}
или log 4 ⁡ (− 5) {\displaystyle \log _{4}(-5)}
). В этом случае напишите «нет решения».
Логарифм нуля по любому основанию также не определен. Если вам попался ln ⁡ (0) {\displaystyle \ln(0)}
, запишите «нет решения».
Логарифм единицы по любому основанию ( log ⁡ (1) {\displaystyle \log(1)}
) всегда равен нулю, поскольку x 0 = 1 {\displaystyle x^{0}=1}
для всех значений x
. Запишите вместо такого логарифма 1 и не используйте приведенный ниже метод.
Если логарифмы имеют разные основания, например l o g 3 (x) l o g 4 (a) {\displaystyle {\frac {log_{3}(x)}{log_{4}(a)}}}
, и не сводятся к целым числам, значение выражения нельзя найти вручную.

Преобразуйте выражение в один логарифм.
Если выражение не относится к приведенным выше особым случаям, его можно представить в виде одного логарифма. Используйте для этого следующую формулу: log b ⁡ (x) log b ⁡ (a) = log a ⁡ (x) {\displaystyle {\frac {\log _{b}(x)}{\log _{b}(a)}}=\log _{a}(x)}
.

Пример 1: рассмотрим выражение log ⁡ 16 log ⁡ 2 {\displaystyle {\frac {\log {16}}{\log {2}}}}
.Для начала представим выражение в виде одного логарифма с помощью приведенной выше формулы: log ⁡ 16 log ⁡ 2 = log 2 ⁡ (16) {\displaystyle {\frac {\log {16}}{\log {2}}}=\log _{2}(16)}
.
Эта формула «замены основания» логарифма выводится из основных свойств логарифмов.

При возможности вычислите значение выражения вручную.
Чтобы найти log a ⁡ (x) {\displaystyle \log _{a}(x)}
, представьте себе выражение » a ? = x {\displaystyle a^{?}=x}
«, то есть задайтесь следующим вопросом: «В какую степень необходимо возвести a
, чтобы получить x
?». Для ответа на этот вопрос может потребоваться калькулятор, но если вам повезет, вы сможете найти его вручную.

Пример 1 (продолжение): Перепишите в виде 2 ? = 16 {\displaystyle 2^{?}=16}
. Необходимо найти, какое число должно стоять вместо знака «?». Это можно сделать методом проб и ошибок: 2 2 = 2 ∗ 2 = 4 {\displaystyle 2^{2}=2*2=4}
2 3 = 4 ∗ 2 = 8 {\displaystyle 2^{3}=4*2=8}
2 4 = 8 ∗ 2 = 16 {\displaystyle 2^{4}=8*2=16}
Итак, искомым числом является 4: log 2 ⁡ (16) {\displaystyle \log _{2}(16)}
= 4
.

Оставьте ответ в логарифмической форме, если вам не удается упростить его.
Многие логарифмы очень сложно вычислить вручную. В этом случае, чтобы получить точный ответ, вам потребуется калькулятор. Однако если вы решаете задание на уроке, то учителя, скорее всего, удовлетворит ответ в логарифмическом виде. Ниже рассматриваемый метод использован для решения более сложного примера:

пример 2: чему равно log 3 ⁡ (58) log 3 ⁡ (7) {\displaystyle {\frac {\log _{3}(58)}{\log _{3}(7)}}}
?
Преобразуем данное выражение в один логарифм: log 3 ⁡ (58) log 3 ⁡ (7) = log 7 ⁡ (58) {\displaystyle {\frac {\log _{3}(58)}{\log _{3}(7)}}=\log _{7}(58)}

Обратите внимание, что общее для обоих логарифмов основание 3 исчезает; это справедливо для любого основания.
Перепишем выражение в виде 7 ? = 58 {\displaystyle 7^{?}=58}
и попробуем найти значение?: 7 2 = 7 ∗ 7 = 49 {\displaystyle 7^{2}=7*7=49}
7 3 = 49 ∗ 7 = 343 {\displaystyle 7^{3}=49*7=343}
Поскольку 58 находится между этими двумя числами, не выражается целым числом.
Оставляем ответ в логарифмическом виде: log 7 ⁡ (58) {\displaystyle \log _{7}(58)}
.

Что такое натуральный логарифм

Главная часть любого логарифма — его основание. Именно наличие общего основания у нескольких логарифмических функций позволяет проводить с ними различные операции.

Основанием натурального логарифма является число Эйлера (e) — иррациональное число, приблизительно равное 2,71828.

На всякий случай напомним, что такое иррациональные числа. Так называют числа, которые нельзя записать в виде обыкновенной дроби с целыми числителем и знаменателем. При этом знаменатель не должен быть равен нулю.

Например, 0,333… — рациональное число, потому что его можно записать как 1/3. А вот число Пи или корень из 2 — иррациональны.

Так как натуральные логарифмы часто используются, для них ввели особый способ записи: ln x — это то же самое, что log_e x.

Что такое e

Представим кристалл, который весит 1 кг и растёт со скоростью 100% в год. Можно ожидать, что через год он будет весить 2 кг, но это не так.

Каждая новая выращенная часть начнёт растить свою собственную. Когда в кристалле будет 1,1 кг, он будет расти со скоростью 1,1 кг в год, а когда в нём будет 1,5 кг — со скоростью 1,5 кг в год. Математики подсчитали, что через год масса кристалла составит e, или ≈ 2,71828 кг.

Каждый новый отросток сразу начинает выращивать свой собственный, и скорость роста кристалла увеличивается вместе с его массой

Такой рост называется экспоненциальным. По экспоненте размножаются бактерии, увеличиваются популяции, приумножаются доходы, растут снежные комья, распадается радиоактивное вещество и остывают напитки.

Зачем нужны натуральные логарифмы

Чтобы узнать, какой массы достигнет кристалл через три, пять, десять лет, нужно возвести e в соответствующую степень.

e3 ≈ 20,0855 кг

e5 ≈ 148,4132 кг

e10 ≈ 22 026,4658 кг

Но как рассчитать, когда кристалл будет весить тонну? Составим уравнение:

ex = 1000

Нам известны основание степени и результат возведения в степень — осталось найти её показатель. Ничего не напоминает? Это ведь и есть логарифм x = log_e 1000! Или, если использовать сокращённую запись, x = ln 1000.

Как считать логарифмы

С определением разобрались — осталось научиться считать логарифмы, т.е. избавляться от знака «log». Для начала отметим, что из определения следует два важных факта:

1. Аргумент и основание всегда должны быть больше нуля. Это следует из определения степени рациональным показателем, к которому сводится определение логарифма.
2. Основание должно быть отличным от единицы, поскольку единица в любой степени все равно остается единицей. Из-за этого вопрос «в какую степень надо возвести единицу, чтобы получить двойку» лишен смысла. Нет такой степени!

Такие ограничения называются областью допустимых значений
(ОДЗ). Получается, что ОДЗ логарифма выглядит так: log a x = b ⇒x > 0, a > 0, a ≠ 1.

Заметьте, что никаких ограничений на число b (значение логарифма) не накладывается. Например, логарифм вполне может быть отрицательным: log 2 0,5 = −1, т.к. 0,5 = 2 −1 .

Впрочем, сейчас мы рассматриваем лишь числовые выражения, где знать ОДЗ логарифма не требуется. Все ограничения уже учтены составителями задач. Но когда пойдут логарифмические уравнения и неравенства, требования ОДЗ станут обязательными. Ведь в основании и аргументе могут стоять весьма неслабые конструкции, которые совсем необязательно соответствуют приведенным выше ограничениям.

Теперь рассмотрим общую схему вычисления логарифмов. Она состоит из трех шагов:

1. Представить основание a и аргумент x в виде степени с минимально возможным основанием, большим единицы. Попутно лучше избавиться от десятичных дробей;
2. Решить относительно переменной b уравнение: x = a b ;
3. Полученное число b будет ответом.

Вот и все! Если логарифм окажется иррациональным, это будет видно уже на первом шаге. Требование, чтобы основание было больше единицы, весьма актуально: это снижает вероятность ошибки и значительно упрощает выкладки. Аналогично с десятичными дробями: если сразу перевести их в обычные, ошибок будет в разы меньше.

Посмотрим, как работает эта схема на конкретных примерах:

1. Представим основание и аргумент как степень пятерки: 5 = 5 1 ; 25 = 5 2 ;

Составим и решим уравнение:log 5 25 = b ⇒(5 1) b = 5 2 ⇒5 b = 5 2 ⇒ b = 2;

Получили ответ: 2.

1. Представим основание и аргумент как степень двойки: 4 = 2 2 ; 64 = 2 6 ;
2. Составим и решим уравнение:log 4 64 = b ⇒(2 2) b = 2 6 ⇒2 2b = 2 6 ⇒2b = 6 ⇒ b = 3;
3. Получили ответ: 3.

1. Представим основание и аргумент как степень двойки: 16 = 2 4 ; 1 = 2 0 ;
2. Составим и решим уравнение:log 16 1 = b ⇒(2 4) b = 2 0 ⇒2 4b = 2 0 ⇒4b = 0 ⇒ b = 0;
3. Получили ответ: 0.

1. Представим основание и аргумент как степень семерки: 7 = 7 1 ; 14 в виде степени семерки не представляется, поскольку 7 1
2. Из предыдущего пункта следует, что логарифм не считается;
3. Ответ — без изменений: log 7 14.

Небольшое замечание к последнему примеру. Как убедиться, что число не является точной степенью другого числа? Очень просто — достаточно разложить его на простые множители. Если в разложении есть хотя бы два различных множителя, число не является точной степенью.

8 = 2 · 2 · 2 = 2 3 — точная степень, т.к. множитель всего один; 48 = 6 · 8 = 3 · 2 · 2 · 2 · 2 = 3 · 2 4 — не является точной степенью, поскольку есть два множителя: 3 и 2; 81 = 9 · 9 = 3 · 3 · 3 · 3 = 3 4 — точная степень; 35 = 7 · 5 — снова не является точной степенью; 14 = 7 · 2 — опять не точная степень;

Заметим также, что сами простые числа всегда являются точными степенями самих себя.