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- 2021-06-15 发布
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4.2.2 对数的运算性质
学 习 目 标
核 心 素 养
1.掌握对数的运算性质,并能运用运算性质进行对数的有关运算.(重点)
2.了解换底公式.
3.能用换底公式将一般对数化成自然对数或常用对数.(难点)
通过学习本节内容,提升学生的数学运算和数学建模的核心素养.
回顾指数性质:(1)aras=ar+s(a>0,r,s∈Q).(2)(ar)s=ars(a>0,r,s∈Q).(3)(ab)r=arbr(a>0,b>0,r∈Q).那么对数有哪些性质?如loga(MN)=?
1.符号表示
如果a>0,a≠1,M>0,N>0,则
(1)loga(MN)=logaM+logaN;
(2)loga=logaM-logaN;
(3)logaMn=nlogaM(n∈R).
2.文字表述
(1)两正数的积的对数等于这两个正数的对数的和;
(2)两正数的商的对数等于被除数的对数减去除数的对数;
(3)一个正数的n次幂的对数等于n倍的该数的对数.
3.换底公式
一般地,我们有logaN=,(其中a>0,a≠1,N>0,c>0,c≠1),这个公式称为对数的换底公式.
4.与换底公式有关的几个结论
(1)loga b·logb a=1(a,b>0且a,b≠1);
(2) =loga b(a,b>0且a,b≠1,m≠0).
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)积、商的对数可以直接化为对数的和、差. ( )
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(2)logax·logay=loga(x+y). ( )
(3)loga(-2)4=4loga(-2). ( )
[提示] 根据对数的运算性质,只有正数积、商的对数才可以直接化为对数的和、差,(1)错误,(2)错误,(3)中-2不能作真数.
[答案] (1)× (2)× (3)×
2.(1)log2 25-log2 = ;(2)log2 8= .
(1)2 (2)3 [(1)log2 25-log2 =log2 25×=log2 4=log2 22=2log2 2=2.
(2)log2 8=log2 23=3log2 2=3.]
3.若lg 5=a,lg 7=b,用a,b表示log75= .
[log75==.]
对数运算性质的应用
【例1】 计算下列各式的值:
(1)lg 2+lg 5;(2)log535+2log-log5 -log5 14;
(3)[(1-log6 3)2+log6 2·log6 18]÷log6 4.
[思路点拨] 根据对数的运算性质,先将式子转化为只含有一种或几种真数的形式再进行计算.
[解] (1)lg 2+lg 5=lg (2×5)=lg 10=1.
(2)原式=log5 +2log2=log5 53-1=2.
(3)原式=[(log6 6-log6 3)2+log6 2·log6(2·32)]÷log6 4
=÷log6 22
=[(log6 2)2+(log6 2)2+2log6 2·log6 3]÷2log6 2
=log6 2+log6 3=log6(2·3)=1.
1.对于同底的对数的化简常用的方法
(1)“收”,将同底的两对数的和(差)收成积(商)的对数;
(2)“拆”,将积(商)的对数拆成两对数的和(差).
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2.注意对数的性质的应用,如loga1=0,logaa=1,a=N.
3.化简的式子中有多重对数符号时,应自内向外逐层化简求值.
1.计算下列各式的值:
(1)lg -lg +lg ;
(2)lg 25+lg 8+lg 5×lg 20+(lg 2)2;
(3)2log32-log3+log38-5.
[解] (1)法一:原式=(5lg 2-2lg 7)-×lg 2+(2lg 7+lg 5)
=lg 2-lg 7-2lg 2+lg 7+lg 5
=lg 2+lg 5=(lg 2+lg 5)
=lg 10=.
法二:原式=lg -lg 4+lg 7
=lg =lg (·)=lg =.
(2)原式=2lg 5+2lg 2+lg 5(2lg 2+lg 5)+(lg 2)2=2lg 10+(lg 5+lg 2)2=2+(lg 10)2=2+1=3.
(3)原式=2log32-(log332-log39)+3log32-3=2log32-5log32+2+3log32-3=-1.
【例2】 化简:
(1)log2(28×82);(2)用lg 2和lg 3表示lg 24;
(3)用loga x,loga y,loga z表示loga(xy2z).
[思路点拨] 将需表示式子中的真数用已知的式子中的真数表示出来.
[解] (1)log2(28×82)=log2[28×(23)2]=log2(28+3×2)=log2 214=14.
(2)lg 24=lg (3×8)=lg 3+lg 8=lg 3+3lg 2.
(3)loga(xy2z)=loga x+loga y2+loga z=loga x+2loga y-loga z.
1.这类问题一般有两种处理方法
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一种是将式中真数的积、商、方根运用对数的运算法则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对数的和、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.要特别注意loga(MN)≠loga M·loga N,loga(M±N)≠loga M±loga N.
2.对数的运算性质的推广:=loga b(a,b>0且a,b≠1,m≠0).
2.化简:
(1)log (45×82);(2)log 27-log 9;
(3)用lg x,lg y,lg z表示lg .
换底公式及其应用
【例3】 (1)已知3a=5b=c,且+=2,则c的值为 .
(2)已知x,y,z为正数,3x=4y=6z,2x=py.
①求p;
②证明:-=.
[思路点拨] 用换底公式统一底数再求解.
(1) [由3a=5b=c,得a=log3c,b=log5c,所以=logc3,=logc5.又+=2,所以logc3+logc5=2,即logc15=2,c=.]
(2)[解] ①设3x=4y=6z=k(k>1),则x=log3k,y=log4k,z=log6k,由2x=py,得2log3k=plog4k,
解得p=2log34=4log32.
②证明:-=-
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=logk6-logk3=logk2,
而==logk4=logk2.
故-=.
1.换底公式即将底数不同的对数转化成底数相同的对数,从而进行化简、计算或证明.换底公式应用时,一般换成以10为底的常用对数,或以e为底的自然对数,但也应该结合已知条件来确定.
2.换底公式推导出的两个恒等式:
(1)=loga N;
(2)loga b·logb a=1,要注意熟练应用.
3.计算:(log2 125+log4 25+log8 5)(log5 2+log25 4+log125 8).
对数运算在实际问题中的应用
【例4】 2019年我国国民生产总值为a亿元,如果年平均增长8%,那么经过多少年,我国国民生产总值是2019年的2倍?(已知lg 2≈0.301 0,lg 3≈0.477 1,lg 1.08≈0.033 4,精确到1年)
[思路点拨] 认真分析题意,找出其中各量之间的关系,列出式子,并利用对数运算求解.
[解] 设经过x年,我国国民生产总值是2019年的2倍.
经过1年,总产值为a(1+8%),
经过2年,总产值为a(1+8%)2,
……
经过x年,总产值为a(1+8%)x.
由题意得a(1+8%)x=2a,即1.08x=2,
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两边取常用对数,得lg 1.08x=lg 2,
则x=≈≈9(年).
答:约经过9年,国民生产总值是2019年的2倍.
解对数应用题的步骤
4.一种放射性物质不断变化为其他物质,每经过一年剩余的质量约是原来的75%,估计约经过多少年,该物质的剩余量是原来的(结果保留1位有效数字)?(lg 2≈0.301 0,lg 3≈0.477 1)
[解] 假设经过x年,该物质的剩余量是原来的,
根据题意得:0.75x=,
∴x=log0.75 =-=-≈4.
故估计约经过4年,该物质的剩余量是原来的.
利用对数运算性质解简单的对数方程
[探究问题]
1.对数的运算性质有哪些?
[提示] loga (MN)=loga M+loga N,loga =loga M-loga N,loga b=,loga Mn=nloga M,=loga b.
2.解对数方程loga M=loga N应注意什么?
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[提示]
【例5】 已知lg x+lg y=2lg (x-2y),求log的值.
[思路点拨] 根据对数的运算性质得到x,y的关系式,解方程即可.
[解] lg x+lg y=lg (xy)=2lg (x-2y)=lg (x-2y)2,
由题知,xy=(x-2y)2,即x2-5xy+4y2=0,
∴-5+4=0,
∴=0,故=1或4.
又当x=y时,x-2y=-y<0,故舍去,∴=4.
∴log =log 4=-2.
解含对数式的方程应注意的两点
(1)对数的运算性质;
(2)对数中底数和真数的范围限制.
1.换底公式可完成不同底数的对数式之间的转化,可正用、逆用;使用的关键是恰当选择底数,换底的目的是利用对数的运算性质进行对数式的化简.
2.运用对数的运算性质应注意:
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(1)在各对数有意义的前提下才能应用运算性质.
(2)根据不同的问题选择公式的正用或逆用.
(3)在运算过程中避免出现以下错误:
①logaNn=(logaN)n;②loga(MN)=logaM·logaN;③logaM±logaN=loga(M±N).
1.若a>0,a≠1,x>0,y>0,则下列式子正确的是( )
A.logax+logay=loga(x+y)
B.logax-logay=loga(x-y)
C.loga=logax÷logay
D.loga(xy)=logax+logay
D [由对数的运算性质知D正确.]
2.已知lg 2=a,lg 7=b,那么用a,b表示log8 98= .
[log8 98===.]
3.已知2m=5n=10,则+= .
1 [因为m=log2 10,n=log5 10,所以+=lg 2+lg 5=lg 10=1.]
4.若a,b是方程2(lg x)2-lg x4+1=0的两个实根,求lg(ab)·(logab+logba)的值.
[解] 原方程可化为:2(lg x)2-4lg x+1=0.
设lg x=t,即原方程为2t2-4t+1=0.
所以t1+t2=2,t1·t2=.
又因为a,b是方程2(lg x)2-lg x4+1=0的两个实根,
则lg a=t1,lg b=t2,即lg a+lg b=2, lg a·lg b=.
lg(ab)·(logab+logba)
=(lg a+lg b)·
=(lg a+lg b)·
=2×=12,
即lg(ab)·(logab+logba)=12.
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