Bir kâğıdın kalınlığı mm. Onu ikiye katlarsan kalınlık katına, bir daha katlarsan katına çıkar. katlamada kat, yani yaklaşık cm eder; katlama yapabilseydin kâğıt Ay’a ulaşırdı.
Peki soruyu tersinden sor: kalınlığın km’yi geçmesi için kaç katlama gerekir? İlk soru üstel fonksiyonun, ikincisi logaritmanın işidir.
Isınma
Başlamadan önce
Puansız. Takıldığın yer olursa ön koşul konuya göz at.
Bu konu üslü ifadelere ve ters fonksiyona dayanır. Üç kısa soruyla kendini yokla.
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
olduğundan .
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
olduğundan .
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
, ” hangi sayıyı yapar?” sorusudur. ise .
Temel
Üstel fonksiyon ve logaritmanın tanımı
Üstel fonksiyon: değişken üste çıkınca
ifadesinde değişken tabandadır. Katlama örneğinde ise taban sabittir (), değişen şey üstür: katlamadan sonra kalınlık katına çıkar. Her adımda aynı sayıyla çarpılan büyüklükler (ikiye bölünen bakteri, her yıl yarıya inen bir madde) bu türden bir fonksiyonla anlatılır.
Taban neden böyle kısıtlı? olsaydı sabit fonksiyonu çıkardı. negatif olsaydı gibi değerler gerçel sayı olmazdı. Örnek: için , , .
Sahnede eğrisi var; sürgüsünü oynat. Taban ‘den büyükken eğri sağa doğru yükselir, ile arasındayken alçalır. Hangi tabanı seçersen seç eğri noktasından geçer ve ekseninin altına hiç inmez.
Birebirliği grafikten oku: eksenine paralel her doğru eğriyi en çok bir noktada keser. Örtenliği de: ekseninin üstündeki her yatay doğru eğriyi mutlaka keser. Bu ikisi birlikte, üstel fonksiyonun tersinin de bir fonksiyon olduğunu söyler.
Örnek
kolay
İkiye katlanan bakteri
Bir kültürde başlangıçta bakteri var ve sayı her saat katına çıkıyor. saat sonraki bakteri sayısı ile veriliyor. saat sonra kaç bakteri olur? Sayı kaçıncı saatte olur?
İlk soru için yaz: .
İkinci soruda bilinmeyen üstedir: . İki tarafı ‘e böl: .
. Üstel fonksiyon birebir olduğundan eşitliği yalnızca için sağlanır.
Sonuç
saat sonra bakteri olur; sayı . saatte ‘a ulaşır.
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
Azalan olması için taban ile arasında olmalı: , yani .
Örnek
kolay
Aynı tabana çevirip sıralama
, ve sayılarını küçükten büyüğe sırala.
Tabanlar farklıyken üsleri karşılaştıramazsın. Üçü de ‘nin kuvveti olduğundan hepsini tabanında yaz.
ve ; zaten bu tabanda.
Taban olduğundan fonksiyon artandır: üssü büyük olan sayı büyüktür. .
Sonuç
Logaritma: üssü soran işlem
Sahnede eğrisi ve yüksekliğinde yatay bir doğru var. Doğru eğriyi tek bir noktada keser; o noktadan aşağı inince bulduğun sayı “‘nin kaçıncı kuvveti eder?” sorusunun yanıtıdır. sürgüsünü ‘e getir: yanıt . için yanıt tam sayı değil ama yine tek.
Bu yanıta bir ad veriyoruz: tabanında ‘nin logaritması. demek ile demek aynı bilginin iki yazılışıdır.
Örnek
kolay
Tanımdan logaritma hesaplama
, , ve değerlerini bul.
Her birinde aynı soruyu sor: taban hangi kuvvete yükselirse içerideki sayı çıkar? olduğundan .
olduğundan . Logaritmanın sonucu negatif olabilir; bunda bir sakınca yok.
olduğundan . Bu her tabanda böyledir, çünkü her tabanın sıfırıncı kuvveti ‘dir.
‘ün hangi kuvveti eder? olduğundan .
Sonuç
, , ,
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
arıyoruz. olduğundan .
Örnek
kolay
Tanım kümesi
fonksiyonunun tanım kümesinde kaç tam sayı vardır?
Tabanlar sabit (), sorun çıkarmaz. Her logaritmanın içi ayrı ayrı pozitif olmalı, çünkü iki terim de tanımlı olmak zorunda.
ise . ise . İkisi birlikte: .
Uçlar dahil değil, çünkü uçlarda logaritmanın içi sıfır olur. Aralıktaki tam sayılar: .
Sonuç
Tanım kümesinde tam sayı vardır.
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
Tanımdan . Taban pozitif olmak zorunda olduğundan .
Temel bölümü tamamlandı.
Orta
Logaritma fonksiyonu, log, ln ve özellikler
Logaritma fonksiyonu ve grafiği
Üstel fonksiyon birebir ve örten olduğundan tersi vardır. kuralında ‘i yalnız bırakırsan çıkar; yani ters fonksiyon logaritmadır.
Bir fonksiyonun grafiği ile tersinin grafiği doğrusuna göre simetriktir. Sahnede eğrisi bu doğrunun üzerinden katlanıyor: noktası ‘a, noktası ‘e gidiyor. Ortaya çıkan eğri eğrisidir.
Simetri her şeyi yer değiştirtir: üstel fonksiyonun tanım kümesi , görüntü kümesi idi; logaritmada tanım kümesi , görüntü kümesi olur. Üstel eğri eksenine yaklaşıp dokunmuyordu; logaritma eğrisi eksenine yaklaşır ama dokunmaz.
Şimdi sahnede yalnızca var. sürgüsünü ‘in iki yanında gezdir. iken eğri yükselir, iken alçalır. Eğri her durumda noktasından geçer ve ekseninin solunda hiç görünmez.
İşaret kuralını grafikten doğrula: pozitif (ikisi de ‘den büyük), negatif, yine pozitif (ikisi de ‘den küçük).
Örnek
orta
İşaret ve 1 ile karşılaştırma
, ve sayılarını küçükten büyüğe sırala.
Değerleri hesaplayamayız; bu yüzden önce işaretlere bak. ‘de taban ‘den küçük, sayı ‘den büyük: farklı yanlardalar, . ve pozitiftir.
ile ‘yi ayırmak için ikisini de ile karşılaştır. artan ve olduğundan .
artan ve olduğundan . Yani .
Sonuç
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
Artan olması için taban ‘den büyük olmalı: , yani .
İki özel taban: 10 ve e
Günlük sayı sistemimiz ‘luk olduğundan en çok kullanılan taban ‘dur. Doğadaki sürekli büyüme ve azalma olaylarında ise karşımıza hep aynı sayı çıkar: .
nereden geliyor? Sahnede ifadesinin değerleri var. için , için yaklaşık , için yaklaşık . sürgüsünü büyüttükçe değerler artıyor ama bir tavanı aşamıyor; yaklaştıkları sayı ‘dir.
sayısı nüfus artışı, radyoaktif bozunma, soğuma gibi “değişim hızı o andaki miktarla orantılı” olan olayların modellerinde tabandır; bu modelleri üstel ve logaritmik denklemler konusunda kullanacaksın. Logaritmayı 1614’te hesapları kolaylaştırmak için İskoç matematikçi John Napier yayımladı. Osmanlı’da 18. yüzyılda Gelenbevi İsmail Efendi, logaritma cetvellerini açıklayan bir eser yazarak konuyu tanıttı.
Örnek
orta
log ve ln ile hesap
işleminin sonucu kaçtır?
Her terimi tabanının kuvveti olarak yazmayı dene, çünkü kuralı işi bitirir. olduğundan .
olduğundan .
Üçüncü terimde üs alma ile logaritma aynı tabanda () art arda geliyor; birbirini geri alırlar: .
Sonuç
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
, , . Toplam .
Logaritmanın özellikleri
Logaritma bir üstür; üslerin kuralları logaritmaya da yansır. Aynı tabanlı iki kuvveti çarparken üsler toplanıyordu: . Bunun logaritma dilindeki karşılığı, çarpımın logaritmasının toplam olmasıdır.
Sahnedeki cetvelde her sayı, çizgisinden ‘u kadar uzağa yazılmış. İkinci bir cetveli kaydırıp çizgisini üstteki ‘nın altına getir; alttaki ‘nin tam üstünde yazıyor. Uzunlukları toplamak sayıları çarpmak demek: .
Neden? ve de. O zaman , ve olur; tanıma göre . Bölüm kuralı eşitliğinden, kuvvet kuralı eşitliğinden aynı yolla çıkar.
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
.
Örnek
orta
İki tuşu çalışan hesap makinesi
Deniz’in hesap makinesinde rakam tuşlarından yalnızca ve çalışıyor. Deniz ve değerlerini okuyabiliyor. Bu değerlerle yaklaşık kaçtır?
Elimizde yalnızca ve var; sayısını , ve cinsinden yazmalıyız. ve .
Bölüm kuralı: .
Çarpım ve kuvvet kuralı: .
Değerleri yerine yaz: .
Sonuç
Taban değiştirme
Hesap makinelerinde yalnızca ve tuşu bulunur. gibi bir değeri bulmak ya da farklı tabanlı logaritmaları bir araya getirmek için tabanı değiştirmek gerekir.
Neden? ise . İki tarafın tabanında logaritmasını al: ; ‘yi yalnız bırakınca kural çıkar.
Sahnede ve eğrileri birlikte çiziliyor. noktasını sürükle: iki yüksekliğin oranı hiç değişmiyor, hep . Taban değiştirmek eğriyi düşeyde sabit bir sayıyla ölçeklemektir.
Örnek
orta
Zincirleme çarpım
çarpımının değeri kaçtır?
Tek tek hesaplanamayan logaritmalar var; ama her birinin içindeki sayı, bir sonrakinin tabanı. Bu yapı kuralını çağırır.
İlk iki çarpanı birleştir: .
Sonucu üçüncüyle birleştir: .
Sonuç
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
ve : . Sağlama: .
Orta bölümü tamamlandı.
İleri
Birleşik sorular ve tuzaklar
Bir logaritma hangi iki tam sayı arasında?
Sınavda hesap makinesi yok; gibi bir değerin kendisini bulamazsın ama yerini bulabilirsin. Araç, fonksiyonun artan ya da azalan olmasıdır.
Sahnede eğrisi ve ekseninde ‘nin kuvvetleri işaretli: . sürgüsünü gezdir. iki ardışık kuvvetin arasındayken de iki ardışık tam sayının arasında kalır; basamak ancak bir sonraki kuvvete ulaşınca atlar.
Kendini dene
Puan yok, deneme sınırsız
Açıklama
olduğundan .
Örnek
zor
Farklı tabanlı logaritmaları sıralama
, ve sayılarını küçükten büyüğe sırala.
Tabanlar farklı ve ortak bir tabana çevirmek sayıları tanınmaz hâle getirir. Bunun yerine her birini kendi tabanının ardışık kuvvetleri arasına sıkıştır.
olduğundan .
olduğundan .
olduğundan . Üç aralık birbiriyle çakışmıyor; sıralama belli.
Sonuç
Örnek
zor
Kancaya dönüş: kaç katlama?
Kalınlığı mm olan bir kâğıt her katlamada iki kat kalınlaşıyor. alındığında, kalınlığın km’yi geçmesi için en az kaç katlama gerekir?
Önce birimleri eşitle. km m mm. Bu, mm’nin katıdır.
katlamadan sonra kalınlık katına çıkar. Aranan, koşulunu sağlayan en küçük tam sayısıdır.
Bilinmeyen üstte; iki tarafın tabanında logaritmasını al. artan olduğundan eşitsizliğin yönü korunur: .
. Bunu sağlayan en küçük tam sayı ‘tür.
Sonuç
En az katlama gerekir. (Sağlama: .)
Tabanda da değişken varsa
Örnek
zor
Değişken tabanlı logaritmanın tanım kümesi
fonksiyonunun tanım kümesindeki tam sayıların toplamı kaçtır?
Üç koşulu ayrı ayrı yaz; çünkü taban da artık ‘e bağlı. İç pozitif: , yani .
Taban pozitif: , yani .
Taban ‘den farklı: , yani . En çok unutulan koşul budur.
Birleştir: ve . Tam sayılar .
Sonuç
Bir logaritmayı başka bir logaritma cinsinden yazma
Örnek
zor
Verilen logaritma cinsinden ifade
olduğuna göre ifadesinin cinsinden eşiti nedir?
Verilen logaritma tabanında; istenen ifadeyi de tabanına taşı: .
Pay ve paydadaki sayıları ve ‘ün kuvvetleriyle yaz, çünkü yalnızca ve değerlerini biliyoruz: ve .
ve .
Sonuç
İleri bölümü tamamlandı.
Özet
Özet
- Üstel fonksiyon: , , . ‘den geçer, hep pozitiftir; ise artan, ise azalan. Birebir ve örtendir.
- Logaritma: . İç pozitif, taban pozitif ve ‘den farklı olmalı.
- Logaritma fonksiyonu: üstel fonksiyonun tersidir; grafikleri doğrusuna göre simetriktir. ‘dan geçer; ise artan, ise azalan.
- Özel tabanlar: , ; irrasyoneldir.
- Özellikler:
- Yer bulma: için ise .
- Tuzak: için kural yoktur; logaritmaların bölümü, bölümün logaritması değildir.