26.3 Przekształcenia wykresów funkcji logarytmicznych
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1
W przedziale \((3, +\infty)\) zdefiniowano funkcję logarytmiczną daną wzorem \(f(x) = \log_2(x - 3)\).
a) Naszkicuj wykres funkcji \(f\) w prostokątnym układzie współrzędnych.
b) Wyznacz argument \(x\), dla którego spełniony jest warunek \(f(x) = 2\).
c) Ustal wartość przyjmowaną przez funkcję \(f\) dla argumentu równego \(3\frac{1}{4}\).
a) Naszkicuj wykres funkcji \(f\) w prostokątnym układzie współrzędnych.
b) Wyznacz argument \(x\), dla którego spełniony jest warunek \(f(x) = 2\).
c) Ustal wartość przyjmowaną przez funkcję \(f\) dla argumentu równego \(3\frac{1}{4}\).
a) Szkic wykresu funkcji \(f(x) = \log_2(x - 3)\) z asymptotą pionową \(x = 3\) oraz zaznaczonymi punktami \((4, 0)\), \((5, 1)\), \((7, 2)\):
b) \(x = 7\)
c) \(f\!\left(3\frac{1}{4}\right) = -2\)
b) \(x = 7\)
c) \(f\!\left(3\frac{1}{4}\right) = -2\)
Wskazówki:
- Wykres funkcji \(f(x) = \log_2(x - 3)\) powstaje w wyniku przesunięcia równoległego wykresu bazowego \(y = \log_2 x\) o \(3\) jednostki w prawo wzdłuż osi \(OX\). Asymptota pionowa przesuwa się z prostej \(x = 0\) do prostej \(x = 3\).
- Aby wyznaczyć argument dla zadanej wartości funkcji, ułóż równanie \(f(x) = 2\) i zastosuj definicję logarytmu: \(\log_a b = c \iff a^c = b\).
- Wartość funkcji dla konkretnego argumentu obliczysz, wstawiając daną liczbę w miejsce zmiennej \(x\) i zapisując otrzymany ułamek w postaci potęgi liczby \(2\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Naszkicowanie wykresu funkcji \(f(x) = \log_2(x - 3)\):
Wykres funkcji logarytmicznej \(f(x) = \log_2(x - 3)\) konstruujemy, przesuwając wykres funkcji bazowej \(y = \log_2 x\) o wektor \(\vec{u} = [3, 0]\), czyli o \(3\) jednostki w prawo.
Dla funkcji wyjściowej \(y = \log_2 x\) wybieramy charakterystyczne punkty: $$\left(\frac{1}{2}, -1\right), \quad (1, 0), \quad (2, 1), \quad (4, 2)$$ Przesuwając każdy z nich o \(3\) jednostki w prawo (dodając \(3\) do współrzędnej \(x\)), otrzymujemy punkty należące do wykresu funkcji \(f\): $$\begin{aligned} \left(\frac{1}{2} + 3, -1\right) &= \left(3\frac{1}{2}, -1\right) \\[8pt] (1 + 3, 0) &= (4, 0) \\[8pt] (2 + 3, 1) &= (5, 1) \\[8pt] (4 + 3, 2) &= (7, 2) \end{aligned}$$ Asymptota pionowa wykresu ulega takiemu samemu przesunięciu: z osi \(OY\) (prosta \(x = 0\)) przechodzi w prostą o równaniu \(x = 3\). -
Podpunkt b) Wyznaczenie argumentu \(x\), dla którego zachodzi równość \(f(x) = 2\):
Zgodnie z poleceniem przyrównujemy wzór funkcji do liczby \(2\): $$\log_2(x - 3) = 2$$ Uwzględniamy założenie o dziedzinie: \(x > 3\). Korzystając z definicji logarytmu \(\log_a b = c \iff a^c = b\), zamieniamy postać logarytmiczną na potęgową: $$\begin{aligned} x - 3 &= 2^2 \\[8pt] x - 3 &= 4 \\[8pt] x &= 4 + 3 \\[8pt] x &= 7 \end{aligned}$$ Otrzymana wartość \(x = 7\) należy do dziedziny funkcji (\(7 > 3\)). -
Podpunkt c) Obliczenie wartości funkcji \(f\) dla argumentu \(x = 3\frac{1}{4}\):
Wstawiamy argument \(x = 3\frac{1}{4}\) do wzoru funkcji: $$f\!\left(3\frac{1}{4}\right) = \log_2\!\left(3\frac{1}{4} - 3\right)$$ Obliczamy wartość wyrażenia w nawiasie: $$3\frac{1}{4} - 3 = \frac{1}{4}$$ Podstawiamy wynik pod znak logarytmu: $$\log_2\!\left(\frac{1}{4}\right)$$ Zapisujemy liczbę \(\frac{1}{4}\) jako potęgę o podstawie \(2\): $$\frac{1}{4} = \frac{1}{2^2} = 2^{-2}$$ Stąd otrzymujemy: $$\begin{aligned} f\!\left(3\frac{1}{4}\right) &= \log_2\!\left(2^{-2}\right) \\[8pt] &= -2 \end{aligned}$$
Odpowiedź:
a) Wykres funkcji \(f(x) = \log_2(x - 3)\) o asymptocie pionowej \(x = 3\)
b) \(x = 7\)
c) \(f\!\left(3\frac{1}{4}\right) = -2\)
a) Wykres funkcji \(f(x) = \log_2(x - 3)\) o asymptocie pionowej \(x = 3\)
b) \(x = 7\)
c) \(f\!\left(3\frac{1}{4}\right) = -2\)
Zadanie 2
Dana jest funkcja określona wzorem \(g(x) = -\log_3 (x + 2)\) w dziedzinie \(D = (-2, +\infty)\). Sporządź jej wykres w kartezjańskim układzie współrzędnych, a następnie wykonaj poniższe polecenia:
a) Zweryfikuj na drodze algebraicznej, czy liczba \(-1\) stanowi miejsce zerowe funkcji \(g\).
b) Wyznacz zbiór wszystkich argumentów, dla których funkcja \(g\) osiąga wartości dodatnie.
c) Ustal, dla jakich argumentów spełniona jest nierówność \(g(x) < -1\).
a) Zweryfikuj na drodze algebraicznej, czy liczba \(-1\) stanowi miejsce zerowe funkcji \(g\).
b) Wyznacz zbiór wszystkich argumentów, dla których funkcja \(g\) osiąga wartości dodatnie.
c) Ustal, dla jakich argumentów spełniona jest nierówność \(g(x) < -1\).
Wykres funkcji \(g(x) = -\log_3(x + 2)\) z asymptotą pionową \(x = -2\):
a) Tak, liczba \(-1\) jest miejscem zerowym funkcji \(g\).
b) \(x \in (-2, -1)\)
c) \(x \in (1, +\infty)\)
b) \(x \in (-2, -1)\)
c) \(x \in (1, +\infty)\)
Wskazówki:
- Dziedzina logarytmu wymaga dodatniego wyrażenia logarytmowanego: \(x + 2 > 0 \iff x > -2\). Prosta \(x = -2\) jest asymptotą pionową lewostronną.
- Wykres funkcji \(g(x) = -\log_3(x + 2)\) powstaje poprzez przesunięcie wykresu \(y = \log_3 x\) o wektor \([-2, 0]\), a następnie odbicie symetryczne względem osi \(OX\) (lub odwrotnie).
- Liczba \(x_0\) jest miejscem zerowym, jeżeli wartość funkcji dla tego argumentu wynosi dokładnie zero: \(g(x_0) = 0\).
- Rozwiązując nierówności logarytmiczne pamiętaj o uwzględnieniu dziedziny oraz o zmianie zwrotu nierówności przy mnożeniu lub dzieleniu przez liczbę ujemną.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sporządzenie wykresu pomocniczego i analiza przekształceń funkcji:
Wychodzimy od bazowej funkcji logarytmicznej \(y_1 = \log_3 x\). Przekształcamy ją kolejno:
1. Przesunięcie o \(2\) jednostki w lewo wzdłuż osi \(OX\) (o wektor \([-2, 0]\)): \(y_2 = \log_3(x + 2)\). W wyniku tego przesunięcia asymptota pionowa przesuwa się z prostej \(x = 0\) na prostą \(x = -2\).
2. Symetria osiowa względem osi \(OX\): \(g(x) = -y_2 = -\log_3(x + 2)\).
Wyznaczamy współrzędne kilku kluczowych punktów tabeli:- Dla \(x = -\frac{5}{3}\): \(g\left(-\frac{5}{3}\right) = -\log_3\left(\frac{1}{3}\right) = -(-1) = 1\)
- Dla \(x = -1\): \(g(-1) = -\log_3(1) = 0\)
- Dla \(x = 1\): \(g(1) = -\log_3(3) = -1\)
- Dla \(x = 7\): \(g(7) = -\log_3(9) = -2\)
-
Podpunkt a) Rachunkowe sprawdzenie, czy liczba \(-1\) jest miejscem zerowym:
Sprawdzamy, czy dla argumentu \(x = -1\) wartość funkcji wynosi \(0\): $$ \begin{aligned} g(-1) &= -\log_3(-1 + 2) \\[8pt] &= -\log_3(1) \\[8pt] &= -(0) = 0 \end{aligned} $$ Otrzymana wartość wynosi \(0\), co oznacza, że liczba \(-1\) jest miejscem zerowym funkcji \(g\). -
Podpunkt b) Wyznaczenie argumentów, dla których funkcja przyjmuje wartości dodatnie:
Wartości dodatnie oznaczają rozwiązanie nierówności \(g(x) > 0\) przy warunku dziedziny \(x \in (-2, +\infty)\):
Sposób I – Algebraiczny: $$ \begin{aligned} -\log_3(x + 2) &> 0 \quad \Big/ \cdot (-1) \\[8pt] \log_3(x + 2) &< 0 \\[8pt] \log_3(x + 2) &< \log_3(1) \end{aligned} $$ Ponieważ podstawa logarytmu \(3 > 1\), funkcja logarytmiczna jest rosnąca, więc nie zmieniamy zwrotu nierówności: $$ \begin{aligned} x + 2 &< 1 \\[8pt] x &< -1 \end{aligned} $$ Uwzględniając dziedzinę \(x \in (-2, +\infty)\), otrzymujemy część wspólną: $$x \in (-2, -1)$$ Sposób II – Odczyt z wykresu:
Wykres funkcji \(g\) znajduje się powyżej osi \(OX\) (dla wartości \(y > 0\)) na prawo od asymptoty pionowej \(x = -2\) aż do miejsca zerowego \(x = -1\). Odczytujemy przedział \(x \in (-2, -1)\). -
Podpunkt c) Rozwiązanie nierówności \(g(x) < -1\):
Szukamy argumentów z dziedziny \(D = (-2, +\infty)\), dla których zachodzi relacja \(g(x) < -1\):
Sposób I – Algebraiczny: $$ \begin{aligned} -\log_3(x + 2) &< -1 \quad \Big/ \cdot (-1) \\[8pt] \log_3(x + 2) &> 1 \\[8pt] \log_3(x + 2) &> \log_3(3) \end{aligned} $$ Korzystając z monotoniczności funkcji logarytmicznej o podstawie większej od jedności (\(3 > 1\)): $$ \begin{aligned} x + 2 &> 3 \\[8pt] x &> 1 \end{aligned} $$ Biorąc pod uwagę dziedzinę \(x > -2\), ostatecznym zbiorem rozwiązań jest przedział: $$x \in (1, +\infty)$$ Sposób II – Odczyt z wykresu:
Rysując poziomą prostą pomocniczą \(y = -1\), przecina ona wykres funkcji \(g\) w punkcie o odciętej \(x = 1\). Wykres przebiega ściśle poniżej poziomu \(y = -1\) dla wszystkich argumentów położonych na prawo od tego punktu, czyli dla \(x \in (1, +\infty)\).
Odpowiedź:
a) Tak, liczba \(-1\) jest miejscem zerowym funkcji \(g\).
b) \(x \in (-2, -1)\)
c) \(x \in (1, +\infty)\)
a) Tak, liczba \(-1\) jest miejscem zerowym funkcji \(g\).
b) \(x \in (-2, -1)\)
c) \(x \in (1, +\infty)\)
Zadanie 3
Dana jest funkcja określona wzorem \(f(x) = \log_2(-x) - 1\). Wyznacz jej dziedzinę oraz sporządź wykres.
a) Wyznacz ze sporządzonego wykresu zbiór wszystkich argumentów spełniających warunek \(f(x) \leqslant 1\).
b) Rozstrzygnij na drodze rachunkowej, czy punkt \(P\left(-7^{\log_7 8}, 2\right)\) leży na wykresie funkcji \(f\).
a) Wyznacz ze sporządzonego wykresu zbiór wszystkich argumentów spełniających warunek \(f(x) \leqslant 1\).
b) Rozstrzygnij na drodze rachunkowej, czy punkt \(P\left(-7^{\log_7 8}, 2\right)\) leży na wykresie funkcji \(f\).
Dziedzina: \(D = (-\infty, 0)\)
a) \(x \in [-4, 0)\)
b) Tak, punkt \(P\) leży na wykresie funkcji \(f\).
a) \(x \in [-4, 0)\)
b) Tak, punkt \(P\) leży na wykresie funkcji \(f\).
Wskazówki:
- Liczba logarytmiczna musi być ściśle dodatnia: warunek istnienia logarytmu wyznacza dziedzinę funkcji.
- Wykres funkcji postaci \(y = \log_a(-x)\) powstaje przez symetrię osiową wykresu \(y = \log_a(x)\) względem osi \(OY\), po czym przesuwamy go pionowo o wektor wzdłuż osi \(OY\).
- Zależność \(a^{\log_a b} = b\) dla odpowiednich założeń pozwala szybko uprościć skomplikowanie wyglądające współrzędne punktu.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie dziedziny funkcji \(f(x) = \log_2(-x) - 1\):
Wyrażenie stojące pod znakiem logarytmu musi przyjmować wartości dodatnie. Zapisujemy odpowiednią nierówność: $$-x > 0$$ Mnożąc obie strony przez liczbę ujemną \(-1\), zmieniamy zwrot znaku nierówności na przeciwny: $$x < 0$$ Zatem dziedziną funkcji jest przedział: $$D = (-\infty, 0)$$ -
Konstrukcja wykresu funkcji i wyznaczenie punktów bazowych:
Wykres funkcji \(f(x)\) tworzymy, przekształcając podstawową funkcję \(y = \log_2(x)\):- Najpierw stosujemy symetrię osiową względem osi \(OY\), uzyskując wykres \(y = \log_2(-x)\) określony dla \(x < 0\).
- Następnie przesuwamy cały wykres o \(1\) jednostkę w dół (wektor \([0, -1]\)), otrzymując \(f(x) = \log_2(-x) - 1\).
-
Podpunkt a) Odczytanie ze sporządzonego wykresu zbioru rozwiązań nierówności \(f(x) \leqslant 1\):
Wykres funkcji \(f(x)\) przecina poziomą prostą \(y = 1\) w punkcie o odciętej: $$x = -4$$ Wartości funkcji są mniejsze bądź równe \(1\) dla tych punktów wykresu, które leżą na wysokości prostej \(y = 1\) lub poniżej niej. Pamiętając o dziedzinie funkcji, w której argumenty dążą od lewej strony do asymptoty \(x = 0\), odczytujemy z wykresu przedział argumentów: $$x \in [-4, 0)$$ -
Podpunkt b) Rachunkowe sprawdzenie przynależności punktu \(P\left(-7^{\log_7 8}, 2\right)\):
W pierwszym kroku upraszczamy współrzędną \(x\) punktu \(P\), wykorzystując tożsamość logarytmiczną \(a^{\log_a b} = b\) dla \(a > 0\), \(a \neq 1\) oraz \(b > 0\): $$-7^{\log_7 8} = -(8) = -8$$ Wobec tego badany punkt ma współrzędne: $$P(-8, 2)$$ Współrzędna \(x = -8\) należy do dziedziny funkcji (\(-8 \in (-\infty, 0)\)). Obliczamy teraz wartość funkcji \(f\) dla argumentu \(x = -8\): $$\begin{aligned} f(-8) &= \log_2(-(-8)) - 1 \\ &= \log_2(8) - 1 \end{aligned}$$ Ponieważ \(2^3 = 8\), to \(\log_2(8) = 3\): $$f(-8) = 3 - 1 = 2$$ Otrzymana wartość jest równa drugiej współrzędnej punktu \(P\) (\(y = 2\)). Oznacza to, że punkt \(P\) leży na wykresie funkcji \(f\).
Odpowiedź:
Dziedzina: \(D = (-\infty, 0)\)
a) \(x \in [-4, 0)\)
b) Tak, punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\), ponieważ \(f(-8) = 2\).
Dziedzina: \(D = (-\infty, 0)\)
a) \(x \in [-4, 0)\)
b) Tak, punkt \(P\) należy do wykresu funkcji \(f\), ponieważ \(f(-8) = 2\).
Zadanie 4
Wykres funkcji logarytmicznej danej wzorem \(f(x) = \log_{\frac{1}{3}} x\) przesunięto wzdłuż osi \(OY\) o wektor \(\vec{u} = [0, -1]\), a powstałą krzywą poddano symetrii osiowej względem osi \(OX\). W ten sposób otrzymano wykres nowej funkcji \(y = g(x)\).
a) Wyznacz wzór funkcji \(g\) w najprostszej postaci oraz sporządź jej staranny wykres w prostokątnym układzie współrzędnych.
b) Wyznacz metodą graficzną zbiór rozwiązań nierówności \(g(x) \leqslant \dfrac{x + 1}{2}\).
a) Wyznacz wzór funkcji \(g\) w najprostszej postaci oraz sporządź jej staranny wykres w prostokątnym układzie współrzędnych.
b) Wyznacz metodą graficzną zbiór rozwiązań nierówności \(g(x) \leqslant \dfrac{x + 1}{2}\).
a) \(g(x) = \log_3 x + 1\), gdzie \(D_g = (0, +\infty)\)
b) \(x \in (0, 1] \cup [3, +\infty)\)
b) \(x \in (0, 1] \cup [3, +\infty)\)
Wskazówki:
- Przesunięcie równoległe wykresu dowolnej funkcji \(y = f(x)\) o wektor \(\vec{u} = [0, q]\) daje wykres funkcji o wzorze \(h(x) = f(x) + q\).
- Symetria osiowa względem osi \(OX\) zmienia znak wartości funkcji na przeciwny: \(g(x) = -h(x)\).
- Do uproszczenia wzoru wykorzystaj zależność dla potęgi podstawy logarytmu: \(\log_{a^{-1}} x = -\log_a x\).
- Rozwiązanie graficzne nierówności \(g(x) \leqslant h(x)\) polega na narysowaniu obu wykresów w tym samym układzie współrzędnych, wyznaczeniu ich punktów przecięcia oraz odczytaniu przedziału argumentów \(x\), dla których wykres funkcji \(g\) leży poniżej wykresu \(h\) lub się z nim pokrywa.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Wyznaczenie wzoru przekształconej funkcji \(g(x)\):
Wychodzimy od funkcji logarytmicznej o dziedzinie rzeczywistej \(D_f = (0, +\infty)\): $$f(x) = \log_{\frac{1}{3}} x$$ Krok po kroku wykonujemy przekształcenia geometryczne zadane w treści: Przesunięcie o wektor \(\vec{u} = [0, -1]\) powoduje obniżenie wykresu o \(1\) jednostkę w dół: $$h(x) = f(x) - 1 = \log_{\frac{1}{3}} x - 1$$ Następnie wykonujemy symetrię osiową względem osi \(OX\), w wyniku której funkcja przyjmuje postać: $$g(x) = -h(x) = -\left(\log_{\frac{1}{3}} x - 1\right) = -\log_{\frac{1}{3}} x + 1$$ Zapisujemy podstawę logarytmu w postaci potęgi liczby \(3\): \(\dfrac{1}{3} = 3^{-1}\), skąd: $$\log_{\frac{1}{3}} x = \log_{3^{-1}} x = -\log_3 x$$ Podstawiając to uproszczenie, otrzymujemy wzór funkcji \(g\) w najprostszej postaci: $$\begin{aligned} g(x) &= -(-\log_3 x) + 1 \\[8pt] &= \log_3 x + 1 \end{aligned}$$ Dziedziną funkcji pozostaje zbiór argumentów dodatnich: \(D_g = (0, +\infty)\). -
Sporządzenie tabeli wartości i wykresu funkcji \(g(x)\):
Wyznaczamy współrzędne kilku punktów kratowych i charakterystycznych należących do wykresu:- dla \(x = \dfrac{1}{3}\): \(g\left(\dfrac{1}{3}\right) = \log_3\left(\dfrac{1}{3}\right) + 1 = -1 + 1 = 0 \implies \left(\dfrac{1}{3}, 0\right)\)
- dla \(x = 1\): \(g(1) = \log_3 1 + 1 = 0 + 1 = 1 \implies (1, 1)\)
- dla \(x = 3\): \(g(3) = \log_3 3 + 1 = 1 + 1 = 2 \implies (3, 2)\)
- dla \(x = 9\): \(g(9) = \log_3 9 + 1 = 2 + 1 = 3 \implies (9, 3)\)
-
Podpunkt b) Graficzne rozwiązanie nierówności \(g(x) \leqslant \dfrac{x + 1}{2}\):
Wprowadzamy funkcję liniową odpowiadającą prawej stronie nierówności: $$p(x) = \dfrac{x + 1}{2} = \dfrac{1}{2}x + \dfrac{1}{2}$$ Wyznaczamy punkty do narysowania prostej:- dla \(x = -1\): \(p(-1) = 0 \implies (-1, 0)\)
- dla \(x = 1\): \(p(1) = 1 \implies (1, 1)\)
- dla \(x = 3\): \(p(3) = 2 \implies (3, 2)\)
- dla \(x = 5\): \(p(5) = 3 \implies (5, 3)\)
- Dla \(x \in (0, 1]\) wykres logarytmiczny leży pod prostą.
- Dla \(x \in (1, 3)\) wykres logarytmiczny przebiega powyżej prostej.
- Dla \(x \in [3, +\infty)\) wykres logarytmiczny ponownie leży poniżej prostej.
Odpowiedź:
a) Wzór funkcji: \(g(x) = \log_3 x + 1\)
b) Rozwiązaniem nierówności jest zbiór: \(x \in (0, 1] \cup [3, +\infty)\)
a) Wzór funkcji: \(g(x) = \log_3 x + 1\)
b) Rozwiązaniem nierówności jest zbiór: \(x \in (0, 1] \cup [3, +\infty)\)
Zadanie 5
Wyznacz pierwiastki poniższych równań, stosując metodę graficzną:
a) \(\log_2 (x - 1) = 4 - x\)
b) \(\log_2 (1 - x) = 2 - |x|\)
c) \(\log_2 (-x) = \dfrac{2}{9}(x + 1)^2\)
d) \(\log_3 x = \dfrac{3}{x}\)
b) \(\log_2 (1 - x) = 2 - |x|\)
c) \(\log_2 (-x) = \dfrac{2}{9}(x + 1)^2\)
d) \(\log_3 x = \dfrac{3}{x}\)
a) \(x = 3\)
b) \(x = -1\)
c) \(x = -4\) oraz \(x = -1\)
d) \(x = 3\)
b) \(x = -1\)
c) \(x = -4\) oraz \(x = -1\)
d) \(x = 3\)
Wskazówki:
- Zawsze zaczynaj od określenia dziedziny równania – wyrażenie pod znakiem logarytmu musi być ściśle dodatnie.
- Rozbij równanie na układ dwóch funkcji: \(f(x)\) (lewa strona) oraz \(g(x)\) (prawa strona).
- Wyznacz punkty kluczowe (węzłowe) o współrzędnych całkowitych dla obu funkcji i narysuj je w jednym układzie współrzędnych.
- Odczytaj odcięte \(x\) punktów przecięcia wykresów i sprawdź algebraicznie zgodność obu stron równania.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Podpunkt a) Rozwiązujemy graficznie równanie \(\log_2 (x - 1) = 4 - x\):
Dziedzina równania: $$x - 1 > 0 \implies x \in (1, +\infty)$$ Wprowadzamy dwie funkcje dla \(x > 1\): $$\begin{aligned} f(x) &= \log_2 (x - 1) \\[6pt] g(x) &= 4 - x \end{aligned}$$ Wykres funkcji \(f(x)\) posiada pionową asymptotę \(x = 1\) i przechodzi przez punkty charakterystyczne: $$(2, 0), \quad (3, 1), \quad (5, 2)$$ Wykres funkcji liniowej \(g(x)\) przechodzi przez punkty: $$(1, 3), \quad (2, 2), \quad (3, 1), \quad (4, 0)$$ Obie funkcje przyjmują dla argumentu \(x = 3\) taką samą wartość: $$\begin{aligned} f(3) &= \log_2(3 - 1) = \log_2 2 = 1 \\[6pt] g(3) &= 4 - 3 = 1 \end{aligned}$$ Ponieważ funkcja \(f(x)\) jest ściśle rosnąca w całej dziedzinie, a funkcja \(g(x)\) jest ściśle malejąca, istnieje dokładnie jeden punkt przecięcia o współrzędnych \((3, 1)\). Zatem jedynym rozwiązaniem jest \(x = 3\). -
Podpunkt b) Rozwiązujemy graficznie równanie \(\log_2 (1 - x) = 2 - |x|\):
Dziedzina równania: $$1 - x > 0 \implies x \in (-\infty, 1)$$ Wprowadzamy funkcje w przedziale \((-\infty, 1)\): $$\begin{aligned} f(x) &= \log_2 (1 - x) \\[6pt] g(x) &= 2 - |x| \end{aligned}$$ Rozpatrujemy dwa przedziały ze względu na moduł:- Dla \(x \le 0\): mamy \(g(x) = 2 + x\). Sprawdzamy dla \(x = -1\): $$\begin{aligned} f(-1) &= \log_2(1 - (-1)) = \log_2 2 = 1 \\[6pt] g(-1) &= 2 + (-1) = 1 \end{aligned}$$ Zatem \(\mathbf{x = -1}\) jest rozwiązaniem.
- Dla \(x \in (0, 1)\): mamy \(g(x) = 2 - x\). W tym przedziale lewa strona \(f(x) = \log_2(1 - x)\) przyjmuje wartości ujemne (gdyż \(1 - x \in (0, 1)\)), podczas gdy prawa strona przyjmuje wartości dodatnie (\(2 - x \in (1, 2)\)). Brak rozwiązań w tym przedziale.
-
Podpunkt c) Rozwiązujemy graficznie równanie \(\log_2 (-x) = \dfrac{2}{9}(x + 1)^2\):
Dziedzina równania: $$-x > 0 \implies x \in (-\infty, 0)$$ Wprowadzamy funkcje: $$\begin{aligned} f(x) &= \log_2 (-x) \\[6pt] g(x) &= \dfrac{2}{9}(x + 1)^2 \end{aligned}$$ Wykres paraboli \(g(x)\) posiada wierzchołek w punkcie \((-1, 0)\) i jest skierowany ramionami w górę. Sprawdzamy wybrane wartości: $$\begin{aligned} g(-1) &= 0, \quad f(-1) = \log_2(-(-1)) = \log_2 1 = 0 \implies \mathbf{x = -1} \\[6pt] g(-4) &= \dfrac{2}{9}(-4 + 1)^2 = \dfrac{2}{9} \cdot 9 = 2, \quad f(-4) = \log_2(-(-4)) = \log_2 4 = 2 \implies \mathbf{x = -4} \end{aligned}$$ Zatem wykresy przecinają się w punktach \((-4, 2)\) oraz \((-1, 0)\). -
Podpunkt d) Rozwiązujemy graficznie równanie \(\log_3 x = \dfrac{3}{x}\):
Dziedzina równania: $$x \in (0, +\infty)$$ Wprowadzamy funkcje dla \(x > 0\): $$\begin{aligned} f(x) &= \log_3 x \\[6pt] g(x) &= \dfrac{3}{x} \end{aligned}$$ Podstawiamy wartość \(x = 3\): $$\begin{aligned} f(3) &= \log_3 3 = 1 \\[6pt] g(3) &= \dfrac{3}{3} = 1 \end{aligned}$$ Ponieważ funkcja \(f(x)\) jest ściśle rosnąca, a funkcja \(g(x)\) jest ściśle malejąca, istnieje dokładnie jeden punkt przecięcia o współrzędnych \((3, 1)\). Jedynym pierwiastkiem równania jest zatem \(x = 3\).
Odpowiedź:
a) \(x = 3\)
b) \(x = -1\)
c) \(x = -4\) oraz \(x = -1\)
d) \(x = 3\)
a) \(x = 3\)
b) \(x = -1\)
c) \(x = -4\) oraz \(x = -1\)
d) \(x = 3\)
Grupa B
Zadanie 1
Rozważmy funkcję określoną w zbiorze \(D = (1, +\infty)\) wzorem \(f(x) = \log_3(x - 1)\).
a) Sporządź wykres tej funkcji w kartezjańskim układzie współrzędnych.
b) Podaj liczbę \(x\), dla której zachodzi równość \(f(x) = 2\).
c) Oblicz wartość wyrażenia \(f\!\left(1\frac{1}{9}\right)\).
a) Sporządź wykres tej funkcji w kartezjańskim układzie współrzędnych.
b) Podaj liczbę \(x\), dla której zachodzi równość \(f(x) = 2\).
c) Oblicz wartość wyrażenia \(f\!\left(1\frac{1}{9}\right)\).
a) Szkic wykresu funkcji \(f(x) = \log_3(x - 1)\) z asymptotą pionową \(x = 1\) oraz zaznaczonymi punktami \((2, 0)\), \((4, 1)\), \((10, 2)\):
b) \(x = 10\)
c) \(f\!\left(1\frac{1}{9}\right) = -2\)
b) \(x = 10\)
c) \(f\!\left(1\frac{1}{9}\right) = -2\)
Zadanie 2
W kartezjańskim układzie współrzędnych naszkicuj wykres funkcji \(h(x) = -\log_2(x + 3)\) określonej dla każdego \(x \in (-3, +\infty)\), a następnie rozwiąż poniższe zagadnienia:
a) Sprawdź metodą rachunkową, czy liczba \(-2\) jest miejscem zerowym funkcji \(h\).
b) Dla jakich wartości argumentu \(x\) funkcja \(h\) osiąga wartości dodatnie?
c) Wyznacz przedział argumentów spełniających nierówność \(h(x) < -2\).
a) Sprawdź metodą rachunkową, czy liczba \(-2\) jest miejscem zerowym funkcji \(h\).
b) Dla jakich wartości argumentu \(x\) funkcja \(h\) osiąga wartości dodatnie?
c) Wyznacz przedział argumentów spełniających nierówność \(h(x) < -2\).
Wykres funkcji \(h(x) = -\log_2(x + 3)\) z asymptotą pionową \(x = -3\):
a) Tak, liczba \(-2\) jest miejscem zerowym funkcji \(h\).
b) \(x \in (-3, -2)\)
c) \(x \in (1, +\infty)\)
b) \(x \in (-3, -2)\)
c) \(x \in (1, +\infty)\)
Zadanie 3
Rozważmy funkcję określoną wzorem \(g(x) = \log_4(-x) - 1\). Ustal jej dziedzinę i narysuj jej wykres.
a) Odczytaj z wykresu zbiór rozwiązań nierówności \(g(x) \geqslant 0\).
b) Zbadaj za pomocą obliczeń, czy punkt \(B\left(-3^{\log_3 16}, 1\right)\) należy do wykresu tej funkcji.
a) Odczytaj z wykresu zbiór rozwiązań nierówności \(g(x) \geqslant 0\).
b) Zbadaj za pomocą obliczeń, czy punkt \(B\left(-3^{\log_3 16}, 1\right)\) należy do wykresu tej funkcji.
Dziedzina: \(D = (-\infty, 0)\)
a) \(x \in (-\infty, -4]\)
b) Tak, punkt \(B\) należy do wykresu funkcji \(g\).
a) \(x \in (-\infty, -4]\)
b) Tak, punkt \(B\) należy do wykresu funkcji \(g\).
Zadanie 4
Daną funkcję \(f(x) = \log_{\frac{1}{2}} x\) przesunięto wzdłuż pionowej osi układu o wektor \(\vec{w} = [0, -3]\), a otrzymaną w ten sposób krzywą poddano symetrii względem osi \(OX\), uzyskując wykres funkcji \(y = g(x)\).
a) Wyznacz wzór funkcji \(g\) i naszkicuj jej wykres.
b) Korzystając z metody graficznej, wyznacz zbiór rozwiązań nierówności \(g(x) \leqslant \dfrac{x + 7}{3}\).
a) Wyznacz wzór funkcji \(g\) i naszkicuj jej wykres.
b) Korzystając z metody graficznej, wyznacz zbiór rozwiązań nierówności \(g(x) \leqslant \dfrac{x + 7}{3}\).
a) \(g(x) = \log_2 x + 3\), gdzie \(D_g = (0, +\infty)\)
b) \(x \in (0, 2] \cup [8, +\infty)\)
b) \(x \in (0, 2] \cup [8, +\infty)\)
Zadanie 5
Korzystając ze szkicu odpowiednich wykresów funkcji w kartezjańskim układzie współrzędnych, wyznacz zbiór rozwiązań równań:
a) \(\log_2 (x - 1) = 4 - x\)
b) \(\log_2 x = 5 - 2x\)
c) \(\log_2 (-x) = -x - 1\)
d) \(\log_2 x = \dfrac{8}{x}\)
b) \(\log_2 x = 5 - 2x\)
c) \(\log_2 (-x) = -x - 1\)
d) \(\log_2 x = \dfrac{8}{x}\)
a) \(x = 3\)
b) \(x = 2\)
c) \(x = -2\) oraz \(x = -1\)
d) \(x = 4\)
b) \(x = 2\)
c) \(x = -2\) oraz \(x = -1\)
d) \(x = 4\)
