Как считать логарифмы еще быстрее

3 марта 2012

Для тех, кто уже научился решать задачи B15 с логарифмами (см. «Специфика работы с логарифмами в задаче B15»), есть более продвинутые инструменты. С их помощью ответ находится буквально за секунды. Не верите? Читайте дальше.

Функция с одним логарифмом

Первая фишка идеально подходит для простых функций, в которых стоит только один логарифм. Она работает в тех задачах, где требуется найти значение функции (а не точку экстремума). В этом случае:

Выражение под знаком логарифма должно равняться единице. Потому что ln 1 = 0.

Откуда берется это требование? А вы попробуйте сосчитать, например, ln 2 или ln 0,5. В обоих случаях получится иррациональное число, которое нельзя записать в ответ. И только ln 1 = 0 — нормальное число.

Задача. Найдите наибольшее значение функции на отрезке [−1,5; 0]:

y = 3ln(x + 2) − 3x + 10.

Как видим, в задаче есть ровно один логарифм: ln(x + 2). Его аргумент должен быть равен единице:

x + 2 = 1;
x = −1.

Поскольку нас просят найти наибольшее значение функции, число x = −1 — не что иное как точка максимума. Находим значение функции в этой точке:

y (−2) = 3ln(−1 + 2) − 3 · (−1) + 10 = 3 · 0 + 3 + 10 = 13

Задача. Найдите наименьшее значение функции на отрезке [11/12; 13/12]:

y = 3x2 − 11x + 5ln x + 7

Снова приравниваем аргумент логарифма к единице:

x = 1

Подставляем это число в исходную функцию:

y (1) = 3 · 12 − 11 · 1 + 5 ln 1 + 7 = 3 − 11 + 5 · 0 + 7 = −1

Вдумчивый читатель возразит, мол, существует замечательное число e ≈ 2,7. И для него ln e = 1, ln e2 = 2 и т.д. Но составитель задач должен быть настоящим маньяком, чтобы «втиснуть» в функцию это число. Встреть такую задачу на ЕГЭ почти нереально.

Функция с несколькими логарифмами

Если функция содержит сразу несколько логарифмов, их надо объединить по правилам сложения и вычитания — см. «Основные свойства логарифмов».

Задача. Найдите наибольшее значение функции на отрезке [0,2; 1,2]:

y = 2x2 − 5x + ln (12x) − 7 − ln 12

Для начала объединим логарифмы и перепишем исходную функцию:

ln (12x) − ln 12 = ln (12x : 12) = ln x;
y = 2x2 − 5x + ln x − 7.

Остался один логарифм. Его аргумент должен быть равен единице:

x = 1

Находим значение функции в точке x = 1 — это и будет наибольшее значение:

y (1) = 2 · 12 − 5 · 1 + ln 1 − 7 = 2 − 5 + 0 − 7 = −10

Умножение логарифма на функцию

Если логарифм умножается на другую функцию, приведенные выше правила не работают. Взгляните на пример:

y = (x − 5) · ln x

Эта функция будет нормальным числом при x = 1, поскольку логарифм обнулится, и при x = 5, поскольку обнулится множитель (x − 5).

Такие задачи считаются только по стандартной схеме, через производную. Кстати, логарифм всегда будет только натуральный, потому что у него нормальная производная:

Производная логарифма

Задача. Найдите наименьшее значение функции на отрезке [1; 5]:

y = x · (ln x − ln 2 − 1)

Итак, логарифм умножается на другую функцию. Значит, специальные правила бесполезны — работаем по стандартной схеме. Считаем производную:

y´ = (x · (ln x − ln 2 − 1))´ = (x)´ · (ln x − ln 2 − 1) + x · (ln x − ln 2 − 1)´ = ln x − ln 2 − 1 + 1 = ln x − ln 2

Производная функции вполне адекватна. Приравниваем ее к нулю:

ln x − ln 2 = 0;
ln x = ln 2;
x = 2.

Точка x = 2 ∈ [1; 5], значит у нас три числа: 1; 2; 5. Подставляем их в исходную функцию:

y (1) = 1 · (ln 1 − ln 2 − 1) = −ln 2 − 1;
y (2) = 2 · (ln 2 − ln 2 − 1) = −2;
y (5) = 5 · (ln 5 − ln 2 − 1) = 5 · (ln (5 : 2) − 1) = 5 · (ln 2,5 − 1).

Первое и последнее число нам явно не подходят, поскольку их нельзя записать в ответ. Остается единственное значение функции: −2.

Выводы

В заключение, еще раз перечислю основные моменты:

  1. Если в задаче только один логарифм-слагаемое, приравниваем его аргумент к единице;
  2. Несколько логарифмов-слагаемых собираем в один логарифм. Далее работаем как в пункте 1;
  3. Если логарифм умножается на число, перечисленные правила бесполезны. Работаем по стандартной схеме.
Смотрите также:
  1. Тригонометрия в задаче B15: решаем без производных
  2. Задача B15: работаем с показательной функцией без производной
  3. Тест к уроку «Что такое числовая дробь» (средний)
  4. Правила комбинаторики в задаче B6
  5. Видеоурок по задачам C2: уравнение плоскости через определитель
  6. Проценты в задачах на наибольшее-наименьшее значение используем пропорции