13 de mayo de 2023

Logaritmos

Definición, propiedades, cambio de base

1 - Introducción

Se define la función logaritmo como:

logbx=y    by=x\log_b x=y \;\longleftrightarrow\;b^y = x

Donde b es la base del logaritmo, que debe ser un número positivo.

También debe ser positivo el argumento x (no se puede obtener un valor negativo con una potencia de un número positivo)

Solo existen los logaritmos de los números positivos

2 - Ejemplos

log39=232=9\log_3 9= 2 \longleftrightarrow 3^2=9

log101000=3103=1000\log_{10} 1000= 3 \longleftrightarrow 10^3=1000

log2128=727=128\log_2 128= 7 \longleftrightarrow 2^7=128

logb1=0b0=1\log_b 1 = 0 \longleftrightarrow b^0 = 1

3 - Notaciones especiales

  • Si no se indica la base se refiere a base 10 : logxlog10x\boxed{\log x \equiv \log_{10}x}

  • En el caso del logaritmo natural la base es e=2.7182...e = 2.7182... y se escribe como lnx=logex\boxed{\ln x = \log_e x}

4 - Propiedades

logb(xy)=logbx+logbylogbxy=logbxlogbylogbxy=ylogbx\begin{alignedat}{4} &\log_b (x * y) &&= \log_b x + \log_b y \\ \\ &\log_b \frac{x}{y} &&= \log_b x - \log_b y \\ \\ &\log_b x^y &&= y * \log_b x \\ \end{alignedat}

5 - Cambio de base

logba=logkalogkb\log_b a = \frac{\log_k a}{log_k b}

Esto nos permite calcular un logaritmo en una base b, que posiblemente no sea directo, usando otra base k.

Normalmente usamos como nueva base k=10k=10 o k=ek=e con las que podemos usar log o ln en la calculadora (o en las tablas de logaritmos si alguien todavía las utiliza).

Por ejemplo:

log73455=log103455log107=4,1870\log_7 3455 = {\Large\frac{log_{10}3455}{\log_{10}7}}= 4,1870 (usando la calculadora)


Deducción de la fórmula:

Dado que:

logba=cbc=a\log_b a =c \longleftrightarrow b^c=a

Aplicando logaritmos en otra base k en la última igualdad:

logk(bc)=logka\log_k(b^c)= \log_ka

Usando la propiedad del logaritmo de la potencia:

c.logkb=logkac.\log_k b = \log_k a

Despejando c:

c=logkalogkbc=\frac{\log_k a}{log_k b}

Uniendo esto a la primera igualdad llegamos a que:

logba=logkalogkb\boxed{\log_b a = \frac{\log_k a}{log_k b}}