26.2 Funkcja logarytmiczna – powtórzenie i uzupełnienie wiadomości
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1
Sporządź wykres funkcji \(f(x) = \log_{\frac{1}{3}} x\) określonej w zbiorze \(x \in (0, +\infty)\). Wykorzystując sporządzony wykres:
a) odczytaj zbiór argumentów, dla których funkcja \(f\) przyjmuje wartości większe od \(-2\),
b) zbadaj, czy punkt \(P\left( (2\sqrt{3} - \sqrt{11})(2\sqrt{3} + \sqrt{11}),\, 0 \right)\) należy do wykresu funkcji \(f\).
b) zbadaj, czy punkt \(P\left( (2\sqrt{3} - \sqrt{11})(2\sqrt{3} + \sqrt{11}),\, 0 \right)\) należy do wykresu funkcji \(f\).
a) \(x \in (0, 9)\)
b) Tak, punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\).
b) Tak, punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\).
Wskazówki:
- Dziedziną funkcji logarytmicznej jest zbiór liczb rzeczywistych dodatnich: \(D_f = (0, +\infty)\). Osią asymptotyczną wykresu jest pionowa prosta \(x = 0\) (dodatnia półoś \(OY\)).
- Podstawa logarytmu \(a = \dfrac{1}{3}\) spełnia warunek \(0 < a < 1\), co oznacza, że funkcja \(f\) jest malejąca w całej swojej dziedzinie.
- W celu precyzyjnego naszkicowania krzywej wyznacz współrzędne kilku punktów kratowych dla charakterystycznych potęg liczby \(3\) (np. dla \(x \in \{\frac{1}{9}, \frac{1}{3}, 1, 3, 9\}\)).
- Aby odczytać z wykresu zbiór argumentów spełniających nierówność \(f(x) > -2\), zlokalizuj część wykresu leżącą powyżej poziomej prostej \(y = -2\) i wyznacz odpowiadający jej przedział na osi \(OX\).
- W podpunkcie b) uprość najpierw wyrażenie określające pierwszą współrzędną punktu \(P\), stosując wzór skróconego mnożenia na różnicę kwadratów: \((a - b)(a + b) = a^2 - b^2\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie punktów charakterystycznych funkcji \(f(x) = \log_{\frac{1}{3}} x\):
Obliczamy wartości funkcji dla wybranych argumentów będących całkowitymi potęgami podstawy: $$\begin{aligned} f\left(\dfrac{1}{9}\right) &= \log_{\frac{1}{3}} \left(\dfrac{1}{3}\right)^2 = 2 \\[8pt] f\left(\dfrac{1}{3}\right) &= \log_{\frac{1}{3}} \left(\dfrac{1}{3}\right)^1 = 1 \\[8pt] f(1) &= \log_{\frac{1}{3}} 1 = 0 \\[8pt] f(3) &= \log_{\frac{1}{3}} 3 = \log_{\frac{1}{3}} \left(\dfrac{1}{3}\right)^{-1} = -1 \\[8pt] f(9) &= \log_{\frac{1}{3}} 9 = \log_{\frac{1}{3}} \left(\dfrac{1}{3}\right)^{-2} = -2 \end{aligned}$$ Krzywa przechodzi zatem przez punkty: \(\left(\frac{1}{9}, 2\right)\), \(\left(\frac{1}{3}, 1\right)\), \((1, 0)\), \((3, -1)\) oraz \((9, -2)\). -
Sporządzenie wykresu funkcji \(f(x) = \log_{\frac{1}{3}} x\):
Zaznaczamy w układzie współrzędnych wyznaczone punkty i łączymy je gładką linią, pamiętając, że dla \(x \to 0^+\) wykres zbliża się asymptotycznie do osi \(OY\): -
Podpunkt a) Odczytanie argumentów spełniających warunek \(f(x) > -2\):
Nanosimy na wykres prostą poziomą \(y = -2\). Punktem przecięcia wykresu funkcji z tą prostą jest punkt \((9, -2)\).
Wartości funkcji są ściśle większe od \(-2\) dla punktów leżących powyżej tej prostej. Ponieważ dziedziną funkcji jest przedział \((0, +\infty)\), a funkcja jest malejąca, wykres znajduje się nad prostą \(y = -2\) dla argumentów od zera do dziewięciu (z wyłączeniem krańców): $$x \in (0, 9)$$ -
Podpunkt b) Badanie przynależności punktu \(P\left( (2\sqrt{3} - \sqrt{11})(2\sqrt{3} + \sqrt{11}),\, 0 \right)\) do wykresu:
Obliczamy wartość pierwszej współrzędnej \(x_P\) punktu \(P\), korzystając ze wzoru na różnicę kwadratów \((a - b)(a + b) = a^2 - b^2\): $$\begin{aligned} x_P &= (2\sqrt{3} - \sqrt{11})(2\sqrt{3} + \sqrt{11}) \\[8pt] &= (2\sqrt{3})^2 - (\sqrt{11})^2 \\[8pt] &= \left(2^2 \cdot (\sqrt{3})^2\right) - 11 \\[8pt] &= (4 \cdot 3) - 11 \\[8pt] &= 12 - 11 = 1 \end{aligned}$$ Punkt ma zatem współrzędne \(P(1, 0)\).
Sprawdzamy, jaką wartość przyjmuje funkcja \(f\) dla argumentu \(x = 1\): $$f(1) = \log_{\frac{1}{3}} 1 = 0$$ Otrzymana wartość jest równa drugiej współrzędnej punktu (\(y_P = 0\)), zatem punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\).
Odpowiedź:
a) \(x \in (0, 9)\)
b) Tak, punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\).
a) \(x \in (0, 9)\)
b) Tak, punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\).
Zadanie 2
Punkt \(K(9, 2)\) należy do wykresu funkcji logarytmicznej określonej wzorem \(f(x) = \log_a x\), gdzie \(a \in \mathbb{R}_+ \setminus \{1\}\) oraz \(x \in (0, +\infty)\). Wyznacz wartość podstawy \(a\), a następnie na podstawie wykresu tej funkcji ustal:
a) zbiór wszystkich argumentów \(x\), dla których funkcja \(f\) osiąga wartości większe od \(1\),
b) przedział argumentów, dla których spełniony jest warunek \(0 \le f(x) \le 2\).
a) zbiór wszystkich argumentów \(x\), dla których funkcja \(f\) osiąga wartości większe od \(1\),
b) przedział argumentów, dla których spełniony jest warunek \(0 \le f(x) \le 2\).
\(a = 3\)
a) \(x \in (3, +\infty)\)
b) \(x \in \langle 1, 9 \rangle\)
a) \(x \in (3, +\infty)\)
b) \(x \in \langle 1, 9 \rangle\)
Wskazówki:
- Współrzędne punktu należącego do wykresu spełniają równanie funkcji: podstaw \(x = 9\) oraz \(f(x) = 2\) do wzoru \(f(x) = \log_a x\).
- Skorzystaj z definicji logarytmu: \(\log_a b = c \iff a^c = b\) (pamiętając o założeniu \(a > 0\) i \(a \neq 1\)).
- Sporządź szkic wykresu wyznaczonej funkcji logarytmicznej, wyznaczając kilka charakterystycznych punktów, a następnie odczytaj przedziały argumentów, rzutując odpowiednie fragmenty krzywej na oś \(OX\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie podstawy logarytmu \(a\):
Wychodzimy ze wzoru funkcji \(f(x) = \log_a x\). Skoro punkt \(K(9, 2)\) leży na jej wykresie, jego współrzędne muszą spełniać równanie: $$\log_a 9 = 2$$ Zgodnie z definicją logarytmu zapisujemy to w postaci potęgowej: $$a^2 = 9$$ Uwzględniając warunki określoności podstawy logarytmu (\(a > 0\) oraz \(a \neq 1\)), odrzucamy rozwiązanie ujemne: $$a = 3$$ Wzór badanej funkcji ma postać: $$f(x) = \log_3 x$$ -
Sporządzenie wykresu funkcji \(f(x) = \log_3 x\):
Obliczamy wartości funkcji dla wybranych, dogodnych argumentów: $$\begin{aligned} f\left(\frac{1}{3}\right) &= \log_3 \frac{1}{3} = -1 \implies \left(\frac{1}{3}, -1\right) \\[8pt] f(1) &= \log_3 1 = 0 \implies (1, 0) \\[8pt] f(3) &= \log_3 3 = 1 \implies (3, 1) \\[8pt] f(9) &= \log_3 9 = 2 \implies (9, 2) \end{aligned}$$ Podstawa \(a = 3 > 1\), zatem funkcja jest rosnąca w całej dziedzinie \(D = (0, +\infty)\), a dodatnia część osi \(OY\) wraz z ujemną stanowi pionową asymptotę wykresu: -
Podpunkt a) Wyznaczenie argumentów spełniających warunek \(f(x) > 1\):
Badamy nierówność: $$f(x) > 1$$ Z wykresu odczytujemy argument, dla którego funkcja przyjmuje wartość równą \(1\): $$f(3) = 1$$ Krzywa logarytmiczna leży ściśle powyżej poziomu \(y = 1\) dla wszystkich argumentów położonych na prawo od punktu \(x = 3\). Zatem: $$x \in (3, +\infty)$$ -
Podpunkt b) Wyznaczenie argumentów spełniających warunek \(0 \le f(x) \le 2\):
Rozpatrujemy podwójną nierówność: $$0 \le f(x) \le 2$$ Odpowiada to fragmentowi wykresu ograniczonemu w pionie przez prostą \(y = 0\) (oś \(OX\)) oraz poziomą prostą \(y = 2\). Z wykresu odczytujemy argumenty krańcowe: $$\begin{aligned} f(x) &= 0 \iff x = 1 \\[8pt] f(x) &= 2 \iff x = 9 \end{aligned}$$ Krzywa przyjmuje wartości z przedziału \(\langle 0, 2 \rangle\) dla wszystkich argumentów leżących w domkniętym przedziale od \(1\) do \(9\): $$x \in \langle 1, 9 \rangle$$
Odpowiedź:
\(a = 3\)
a) \(x \in (3, +\infty)\)
b) \(x \in \langle 1, 9 \rangle\)
\(a = 3\)
a) \(x \in (3, +\infty)\)
b) \(x \in \langle 1, 9 \rangle\)
Zadanie 3
Rozstrzygnij, czy wartość każdego z poniższych wyrażeń jest liczbą dodatnią, ujemną czy równą zero:
a) \(\dfrac{\log_3 11}{\log_{\frac{1}{5}} 4 + \log_{\frac{1}{2}} 7}\)
b) \(\dfrac{\log_{\frac{1}{4}} 4 + \log_7 7}{\log_{\frac{1}{3}} 10}\)
a) \(\dfrac{\log_3 11}{\log_{\frac{1}{5}} 4 + \log_{\frac{1}{2}} 7}\)
b) \(\dfrac{\log_{\frac{1}{4}} 4 + \log_7 7}{\log_{\frac{1}{3}} 10}\)
a) Liczba ujemna
b) Liczba równa zero
b) Liczba równa zero
Wskazówki:
- Znak wartości logarytmu \(\log_a b\) zależy od relacji podstawy \(a\) oraz liczby logarytmowanej \(b\) względem liczby \(1\): gdy obie są większe od \(1\) lub obie należą do przedziału \((0, 1)\), logarytm jest dodatni; gdy jedna jest większa od \(1\), a druga należy do \((0, 1)\), logarytm jest ujemny.
- Suma liczb ujemnych jest liczbą ujemną.
- Iloraz liczby dodatniej przez liczbę ujemną daje wynik ujemny.
- Wartość logarytmu, w którym podstawa i liczba logarytmowana są wzajemnymi odwrotnościami, wynosi \(-1\), a gdy są sobie równe, wynosi \(1\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Badamy znak wyrażenia \(\dfrac{\log_3 11}{\log_{\frac{1}{5}} 4 + \log_{\frac{1}{2}} 7}\):
Analizujemy najpierw znak licznika. W logarytmie \(\log_3 11\) podstawa \(3 > 1\) oraz liczba logarytmowana \(11 > 1\). Funkcja logarytmiczna o podstawie większej od \(1\) jest rosnąca i dla argumentów większych od \(1\) przyjmuje wartości dodatnie: $$\log_3 11 > 0$$ Następnie wyznaczamy znaki składników mianownika. W logarytmie \(\log_{\frac{1}{5}} 4\) podstawa spełnia warunek \(\frac{1}{5} \in (0, 1)\), natomiast liczba logarytmowana \(4 > 1\). Funkcja o podstawie z przedziału \((0, 1)\) jest malejąca, co oznacza, że: $$\log_{\frac{1}{5}} 4 < 0$$ W drugim składniku mianownika podstawa wynosi \(\frac{1}{2} \in (0, 1)\), a liczba logarytmowana \(7 > 1\), skąd również wynika, że: $$\log_{\frac{1}{2}} 7 < 0$$ Mianownik jest sumą dwóch wartości ujemnych, zatem sam jest ujemny: $$\log_{\frac{1}{5}} 4 + \log_{\frac{1}{2}} 7 < 0$$ Iloraz liczby dodatniej (licznik) i liczby ujemnej (mianownik) jest ujemny: $$\frac{\log_3 11}{\log_{\frac{1}{5}} 4 + \log_{\frac{1}{2}} 7} < 0$$ Zatem podana liczba jest ujemna. -
Podpunkt b) Badamy znak wyrażenia \(\dfrac{\log_{\frac{1}{4}} 4 + \log_7 7}{\log_{\frac{1}{3}} 10}\):
Obliczamy wartości poszczególnych logarytmów występujących w liczniku, korzystając z definicji logarytmu oraz własności \(\log_a a = 1\): $$\log_{\frac{1}{4}} 4 = \log_{4^{-1}} 4 = -1$$ $$\log_7 7 = 1$$ Obliczamy wartość całego licznika: $$\log_{\frac{1}{4}} 4 + \log_7 7 = -1 + 1 = 0$$ Sprawdzamy mianownik. Ponieważ podstawa wynosi \(\frac{1}{3} \in (0, 1)\), a liczba logarytmowana \(10 > 1\), mianownik jest różny od zera (dokładniej \(\log_{\frac{1}{3}} 10 < 0\)). Wyrażenie ma zatem sens liczbowy i wynosi: $$\frac{0}{\log_{\frac{1}{3}} 10} = 0$$ Podana liczba jest równa zero.
Odpowiedź:
a) Liczba ujemna
b) Liczba równa zero
a) Liczba ujemna
b) Liczba równa zero
Zadanie 4
Dana jest funkcja \(f(x) = \log x - c\) określona dla każdej liczby rzeczywistej \(x > 0\). Punkt \(W\left(\dfrac{1}{100}, 1\right)\) leży na wykresie tej funkcji.
a) Wyznacz wartość parametru \(c\).
b) Uzasadnij, że \(f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 = 0\).
a) Wyznacz wartość parametru \(c\).
b) Uzasadnij, że \(f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 = 0\).
a) \(c = -3\)
b) Wykazano, że równość \(f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 = 0\) jest prawdziwa.
b) Wykazano, że równość \(f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 = 0\) jest prawdziwa.
Wskazówki:
- Punkt należy do wykresu funkcji, gdy jego współrzędne spełniają jej równanie: \(f(x_W) = y_W\).
- Pamiętaj, że zapis \(\log x\) oznacza logarytm dziesiętny, czyli logarytm o podstawie \(10\): \(\log x = \log_{10} x\).
- Różnicę logarytmów o tej samej podstawie można zapisać jako logarytm ilorazu: \(\log a - \log b = \log\left(\dfrac{a}{b}\right)\).
- Suma logarytmów o tej samej podstawie to logarytm iloczynu: \(\log a + \log b = \log(a \cdot b)\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Wyznaczenie wartości parametru \(c\) na podstawie współrzędnych punktu:
Wychodzimy ze wzoru funkcji \(f(x) = \log x - c\). Skoro punkt \(W\left(\dfrac{1}{100}, 1\right)\) należy do jej wykresu, podstawiamy argument \(x = \dfrac{1}{100}\) oraz wartość funkcji \(f(x) = 1\): $$1 = \log\left(\dfrac{1}{100}\right) - c$$ Obliczamy wartość logarytmu dziesiętnego z liczby \(\dfrac{1}{100}\), korzystając z faktu, że \(\dfrac{1}{100} = 10^{-2}\): $$\log\left(\dfrac{1}{100}\right) = \log(10^{-2}) = -2$$ Podstawiamy otrzymaną wartość do równania i wyznaczamy \(c\): $$\begin{aligned} 1 &= -2 - c \\[8pt] c &= -2 - 1 \\[8pt] c &= -3 \end{aligned}$$ Pełny wzór funkcji przyjmuje zatem postać: $$f(x) = \log x - (-3) = \log x + 3$$ -
Podpunkt b) Sposób I – Wykorzystanie wyznaczonego wzoru funkcji i własności działań na logarytmach:
Rozpatrujemy wyrażenie z lewej strony równości: $$L = f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3$$ Obliczamy wartości funkcji dla podanych argumentów, stosując wzór \(f(x) = \log x + 3\): $$\begin{aligned} f\left(\dfrac{2}{5}\right) &= \log\left(\dfrac{2}{5}\right) + 3 \\[8pt] f\left(\dfrac{6}{5}\right) &= \log\left(\dfrac{6}{5}\right) + 3 \end{aligned}$$ Wstawiamy wyznaczone wartości do lewej strony równości: $$\begin{aligned} L &= \left[\log\left(\dfrac{2}{5}\right) + 3\right] - \left[\log\left(\dfrac{6}{5}\right) + 3\right] + \log 3 \\[8pt] &= \log\left(\dfrac{2}{5}\right) + 3 - \log\left(\dfrac{6}{5}\right) - 3 + \log 3 \\[8pt] &= \log\left(\dfrac{2}{5}\right) - \log\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 \end{aligned}$$ Stosujemy wzór na logarytm ilorazu \(\log a - \log b = \log\left(\dfrac{a}{b}\right)\): $$\log\left(\dfrac{2}{5}\right) - \log\left(\dfrac{6}{5}\right) = \log\left(\dfrac{\frac{2}{5}}{\frac{6}{5}}\right) = \log\left(\dfrac{2}{5} \cdot \dfrac{5}{6}\right) = \log\left(\dfrac{2}{6}\right) = \log\left(\dfrac{1}{3}\right)$$ Wracamy do obliczenia wartości wyrażenia \(L\), korzystając ze wzoru na logarytm iloczynu: $$\begin{aligned} L &= \log\left(\dfrac{1}{3}\right) + \log 3 \\[8pt] &= \log\left(\dfrac{1}{3} \cdot 3\right) \\[8pt] &= \log 1 \\[8pt] &= 0 \end{aligned}$$ Ponieważ prawa strona równości wynosi \(P = 0\), otrzymaliśmy \(L = P\), co kończy dowód. -
Podpunkt b) Sposób II – Przekształcenie ogólne bez konieczności podstawiania wartości parametru:
Warto zauważyć, że wartość wyrażenia \(f(x_1) - f(x_2)\) nie zależy od wyznaczonej stałej \(c\). Korzystając bezpośrednio ze wzoru ogólnego \(f(x) = \log x - c\), otrzymujemy: $$\begin{aligned} f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) &= \left[\log\left(\dfrac{2}{5}\right) - c\right] - \left[\log\left(\dfrac{6}{5}\right) - c\right] \\[8pt] &= \log\left(\dfrac{2}{5}\right) - c - \log\left(\dfrac{6}{5}\right) + c \\[8pt] &= \log\left(\dfrac{2}{5}\right) - \log\left(\dfrac{6}{5}\right) \end{aligned}$$ Następnie zamieniamy logarytm ułamka \(\dfrac{1}{3}\) na postać potęgową: $$\log\left(\dfrac{1}{3}\right) = \log(3^{-1}) = -\log 3$$ Podstawiając ten wynik do wyjściowej lewej strony tożsamości: $$L = -\log 3 + \log 3 = 0 = P$$ Tożsamość jest prawdziwa niezależnie od wartości parametru \(c\).
Odpowiedź:
a) \(c = -3\)
b) Uzasadniono, że \(f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 = 0\).
a) \(c = -3\)
b) Uzasadniono, że \(f\left(\dfrac{2}{5}\right) - f\left(\dfrac{6}{5}\right) + \log 3 = 0\).
Zadanie 5
Wyznacz dziedzinę funkcji \(f\) określonej podanym wzorem:
a) \(f(x) = \log_{x+2}(9 - x^2)\)
b) \(f(x) = \log_{|2x-5|}(7 - x)\)
b) \(f(x) = \log_{|2x-5|}(7 - x)\)
a) \(D_f = (-2, -1) \cup (-1, 3)\)
b) \(D_f = (-\infty, 7) \setminus \left\{2, \dfrac{5}{2}, 3\right\}\)
b) \(D_f = (-\infty, 7) \setminus \left\{2, \dfrac{5}{2}, 3\right\}\)
Wskazówki:
- Wyrażenie logarytmiczne postaci \(\log_a b\) ma sens liczbowy wtedy i tylko wtedy, gdy spełnione są jednocześnie trzy warunki: liczba logarytmowana jest dodatnia (\(b > 0\)), podstawa jest dodatnia (\(a > 0\)) oraz podstawa jest różna od jedynki (\(a \neq 1\)).
- Dla nierówności kwadratowej \(9 - x^2 > 0\) rozłóż lewą stronę na czynniki za pomocą wzoru skróconego mnożenia na różnicę kwadratów i wyznacz przedział, w którym parabola leży powyżej osi liczbowa.
- Pamiętaj, że wartość bezwzględna jest zawsze nieujemna (\(|t| \ge 0\)), a warunek \(|t| > 0\) jest spełniony dla każdej liczby rzeczywistej z wyłączeniem wartości zerującej wyrażenie pod modułem (\(t \neq 0\)).
- Ostateczną dziedziną funkcji jest część wspólna (przekrój) wszystkich otrzymanych warunków.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Wyznaczenie dziedziny funkcji \(f(x) = \log_{x+2}(9 - x^2)\):
Wychodzimy od wzoru funkcji: $$f(x) = \log_{x+2}(9 - x^2)$$ Zgodnie z definicją logarytmu zapisujemy układ trzech warunków: $$\begin{cases} 9 - x^2 > 0 \\ x + 2 > 0 \\ x + 2 \neq 1 \end{cases}$$ Rozwiązujemy każdy warunek z osobna:
1. Warunek liczby logarytmowanej: $$\begin{aligned} 9 - x^2 &> 0 \\[8pt] (3 - x)(3 + x) &> 0 \end{aligned}$$ Miejscami zerowymi są liczby \(x_1 = -3\) oraz \(x_2 = 3\). Wykres trójmianu to parabola skierowana ramionami w dół, więc wartości dodatnie funkcja przyjmuje w przedziale: $$x \in (-3, 3)$$ 2. Warunek dodatniości podstawy logarytmu: $$\begin{aligned} x + 2 &> 0 \\[8pt] x &> -2 \iff x \in (-2, +\infty) \end{aligned}$$ 3. Warunek różności podstawy od jedynki: $$\begin{aligned} x + 2 &\neq 1 \\[8pt] x &\neq -1 \end{aligned}$$ Wyznaczamy część wspólną wszystkich powyższych warunków: $$\begin{aligned} D_f &= (-3, 3) \cap (-2, +\infty) \setminus \{-1\} \\[8pt] &= (-2, 3) \setminus \{-1\} \\[8pt] &= (-2, -1) \cup (-1, 3) \end{aligned}$$ -
Podpunkt b) Wyznaczenie dziedziny funkcji \(f(x) = \log_{|2x-5|}(7 - x)\):
Wychodzimy od wzoru funkcji: $$f(x) = \log_{|2x-5|}(7 - x)$$ Zapisujemy koniunkcję warunków istnienia logarytmu: $$\begin{cases} 7 - x > 0 \\ |2x - 5| > 0 \\ |2x - 5| \neq 1 \end{cases}$$ Rozwiązujemy poszczególne relacje:
1. Warunek liczby logarytmowanej: $$\begin{aligned} 7 - x &> 0 \\[8pt] -x &> -7 \\[8pt] x &< 7 \iff x \in (-\infty, 7) \end{aligned}$$ 2. Warunek dodatniości podstawy logarytmu: Wartość bezwzględna przyjmuje wartości nieujemne dla dowolnej liczby rzeczywistej. Nierówność \(|2x - 5| > 0\) wyklucza wyłącznie przypadek, gdy wyrażenie w module jest równe \(0\): $$\begin{aligned} 2x - 5 &\neq 0 \\[8pt] 2x &\neq 5 \\[8pt] x &\neq \dfrac{5}{2} \quad (x \neq 2{,}5) \end{aligned}$$ 3. Warunek różności podstawy od jedynki: Równość \(|2x - 5| = 1\) zachodzi wtedy, gdy \(2x - 5 = 1\) lub \(2x - 5 = -1\). Wykluczamy oba te przypadki: $$\begin{aligned} 2x - 5 \neq 1 \quad &\implies \quad 2x \neq 6 \quad \implies \quad x \neq 3 \\[8pt] 2x - 5 \neq -1 \quad &\implies \quad 2x \neq 4 \quad \implies \quad x \neq 2 \end{aligned}$$ Wyznaczamy część wspólną wszystkich warunków: Z pierwszego warunku otrzymujemy zbiór \((-\infty, 7)\). Wszystkie wykluczone liczby: \(x = 2\), \(x = \dfrac{5}{2}\) oraz \(x = 3\) należą do tego przedziału. Ostateczna dziedzina ma postać: $$D_f = (-\infty, 7) \setminus \left\{2, \dfrac{5}{2}, 3\right\}$$ co po rozbiciu na sumę przedziałów otwartych można równoważnie zapisać jako: $$D_f = (-\infty, 2) \cup (2; 2{,}5) \cup (2{,}5; 3) \cup (3, 7)$$
Odpowiedź:
a) \(D_f = (-2, -1) \cup (-1, 3)\)
b) \(D_f = (-\infty, 7) \setminus \left\{2, \dfrac{5}{2}, 3\right\}\)
a) \(D_f = (-2, -1) \cup (-1, 3)\)
b) \(D_f = (-\infty, 7) \setminus \left\{2, \dfrac{5}{2}, 3\right\}\)
Grupa B
Zadanie 1
W kartezjańskim układzie współrzędnych sporządź wykres funkcji logarytmicznej \(h(x) = \log_{\frac{1}{2}} x\) określonej dla \(x \in (0, +\infty)\). Następnie:
a) odczytaj ze sporządzonego wykresu zbiór argumentów, dla których funkcja przyjmuje wartości większe od \(-2\),
b) rozstrzygnij, czy punkt o współrzędnych \(W\left( (\sqrt{6} - \sqrt{2})(\sqrt{6} + \sqrt{2}),\, -2 \right)\) leży na wykresie funkcji \(h\).
b) rozstrzygnij, czy punkt o współrzędnych \(W\left( (\sqrt{6} - \sqrt{2})(\sqrt{6} + \sqrt{2}),\, -2 \right)\) leży na wykresie funkcji \(h\).
a) \(x \in (0, 4)\)
b) Tak, punkt \(W\) leży na wykresie funkcji \(h\).
b) Tak, punkt \(W\) leży na wykresie funkcji \(h\).
Zadanie 2
Wykres funkcji określonej wzorem \(f(x) = \log_a x\) dla \(x > 0\) (gdzie \(a \in \mathbb{R}_+ \setminus \{1\}\)) przechodzi przez punkt \(W(16, 4)\). Wyznacz liczbę \(a\), a następnie posługując się wykresem funkcji \(f\), podaj:
a) zbiór wszystkich argumentów, dla których wartości funkcji przewyższają liczbę \(2\),
b) zbiór argumentów spełniających podwójną nierówność \(1 \le f(x) \le 4\).
a) zbiór wszystkich argumentów, dla których wartości funkcji przewyższają liczbę \(2\),
b) zbiór argumentów spełniających podwójną nierówność \(1 \le f(x) \le 4\).
\(a = 2\)
a) \(x \in (4, +\infty)\)
b) \(x \in \langle 2, 16 \rangle\)
a) \(x \in (4, +\infty)\)
b) \(x \in \langle 2, 16 \rangle\)
Zadanie 3
Ustal, czy każda z podanych liczb jest dodatnia, ujemna czy równa zero:
a) \(\dfrac{\log_5 14}{\log_{\frac{1}{2}} 5 + \log_{\frac{3}{5}} 8}\)
b) \(\dfrac{\log_{\frac{1}{6}} 6 + \log_2 2}{\log_{\frac{1}{4}} 11}\)
a) \(\dfrac{\log_5 14}{\log_{\frac{1}{2}} 5 + \log_{\frac{3}{5}} 8}\)
b) \(\dfrac{\log_{\frac{1}{6}} 6 + \log_2 2}{\log_{\frac{1}{4}} 11}\)
a) Liczba ujemna
b) Liczba równa zero
b) Liczba równa zero
Zadanie 4
Wykres funkcji określonej wzorem \(h(x) = \log x - a\) dla argumentów \(x > 0\) przechodzi przez punkt \(P\left(\dfrac{1}{1000}, -1\right)\).
a) Oblicz wartość współczynnika \(a\).
b) Wykaż, że zachodzi równość \(h\left(\dfrac{3}{4}\right) - h\left(\dfrac{15}{4}\right) + \log 5 = 0\).
a) Oblicz wartość współczynnika \(a\).
b) Wykaż, że zachodzi równość \(h\left(\dfrac{3}{4}\right) - h\left(\dfrac{15}{4}\right) + \log 5 = 0\).
a) \(a = -2\)
b) Wykazano, że równość \(h\left(\dfrac{3}{4}\right) - h\left(\dfrac{15}{4}\right) + \log 5 = 0\) jest spełniona.
b) Wykazano, że równość \(h\left(\dfrac{3}{4}\right) - h\left(\dfrac{15}{4}\right) + \log 5 = 0\) jest spełniona.
Zadanie 5
Wyznacz dziedzinę funkcji \(f\) określonej podanym wzorem:
a) \(f(x) = \log_{x+3}(16 - x^2)\)
b) \(f(x) = \log_{|2x-1|}(6 - x)\)
b) \(f(x) = \log_{|2x-1|}(6 - x)\)
a) \(D_f = (-3, -2) \cup (-2, 4)\)
b) \(D_f = (-\infty, 6) \setminus \left\{0, \dfrac{1}{2}, 1\right\}\)
b) \(D_f = (-\infty, 6) \setminus \left\{0, \dfrac{1}{2}, 1\right\}\)
