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Matemática PROPRIEDADES OPERATÓRIAS DOS LOGARITMOS 1 Sumário Introdução .................................................................................................................................... 2 Objetivo......................................................................................................................................... 2 1. Propriedades operatórias dos logaritmos ........................................................................... 2 1.1. Relembrando alguns conceitos ....................................................................................... 2 1.2. Outras propriedades dos logaritmos ............................................................................... 2 1.3. Exemplo utilizando as três propriedades ........................................................................ 4 1.4. Logaritmos e os terremotos ............................................................................................. 5 Exercícios ...................................................................................................................................... 5 Gabarito ........................................................................................................................................ 6 Resumo ......................................................................................................................................... 8 2 Introdução Na apostila sobre Sistemas Logarítmicos, vimos as consequências da definição de logaritmos e sistemas logarítmicos. Conhecemos os sistemas logaritmos de base a, os sistemas logaritmos decimais e os sistemas logaritmos neperianos. Para a aula de hoje, veremos as propriedades operatórias dos logaritmos, definindo seus conceitos e analisando exercícios aplicados. Vamos recordar algumas propriedades já aprendidas e introduzir novas para que possamos avançar nos estudos de logaritmos. Objetivo • Definir as propriedades operatórias dos logaritmos; • Conceituar as propriedades operatórias dos logaritmos. 1. Propriedades operatórias dos logaritmos 1.1. Relembrando alguns conceitos As propriedades dos logaritmos podem simplificar e tornar mais fáceis os cálculos que envolvem essa operação matemática. Para que possamos introduzir as propriedades operatórias dos logaritmos, vamos relembrar: loga 1 = 0, pois a0 = 1, qualquer que seja a > 0 e a≠ 1. loga a = 1, pois a1 = a para todo a > 0 e a≠ 1. loga an = n, pois an = an para todo a > 0 e a≠ 1 e para todo n. 𝑎log𝑎 𝑁 = N, com N > 0, a > 0 e a≠ 1. loga x = loga y ←→ x = y, com x > 0, y > 0, a > 0 e a≠ 1. 1.2. Outras propriedades dos logaritmos A primeira propriedade é o logaritmo de um produto, onde numa mesma base, o logaritmo do produto de dois números positivos é igual à soma dos logaritmos de cada um desses números. Sendo a, b e c números reais positivos, com b ≠ 1, temos: logb ac = logb a + logb c. Demonstrando a propriedade acima, sejam logb a = x, logo bx = a. 3 logb c = y, logo by = c . Assim podemos escrever bxby = ac ←→ bx + y = ac. Pela definição de logaritmo: bx + y = ac, logo x + y = logb ac logb ac = logb a + logb c Exemplos: a)log2 (4 . 2) = log2 4 + log2 2 b) log5 (625 + 125) = log5 625 + log5 125 FIQUE ATENTO! A segunda propriedade, logaritmo de um quociente, diz que numa base, o logaritmo de dois números positivos é igual à diferença entre os logaritmos desses números. logb 𝑎 𝑐 = logb a – logb c Sejam logb a = x ←→ bx = a e logb c = y ←→ by = c. Assim podemos escrever bx / by = a / c ←→ bx – y = 𝑎 𝑐 Pela definição de logaritmo: bx – y = 𝑎 𝑐 ←→ x – y = logb 𝑎 𝑐 logb a – logb c = logb 𝑎 𝑐 Exemplos: a)log2 8 2 = log2 8 – log2 2 b)log5 625 125 = log5 625 – log5 125 O (log 5) . 2 é diferente log(5.2). Tome cuidado com esta situação! Em (log 5 ).2 precisamos resolver o log 5 e depois multiplicar por 2. Em log (5.2) fazemos utilizamos a propriedade fazendo log 5 + log 2. 4 A terceira propriedade, logaritmo de uma potência, esclarece que numa mesma base, o logaritmo de uma potência de base positiva é igual ao produto do expoente pelo logaritmo da base da potência. loga Mn = n.loga M Exemplos: a)log3 84 = 4.log3 8 b)log7 53 = 3.log7 5 c)log 102 = 2.log 10 = 2.1 = 2 1.3. Exemplo utilizando as três propriedades No exemplo abaixo, vamos utilizar as três propriedades de logaritmos: log ( 𝑎√𝑏 𝑐3 ) Tudo que está dentro dos parênteses faz parte do logaritmando. Observe que temos multiplicação, divisão e potência no mesmo exercício. Repare que na base não aparece nada, ou seja, a base a ser considerada é 10. Vamos iniciar a resolução utilizando propriedade do quociente: log (𝑎√𝑏) − log 𝑐3 Agora vamos utilizar a propriedade do logaritmo de um produto, pois a está multiplicando √𝑏. log a + log √𝑏 - log 𝑐3 Sabemos que b está dentro de uma raiz quadrada e que seu expoente é 1, ou seja, temos √𝑏1 2 . Então vamos utilizar a propriedade de potência, onde o índice da raiz é o denominador. log a + log b1/2 – log c3 Vamos agora utilizar a propriedade do expoente, onde o expoente do logaritmando passa para frente do logaritmo, multiplicando. log a + log b1/2 – log c3 log a + ½ log b – 3log c Assim utilizamos as propriedades para resolução de um mesmo exercício. 5 1.4. Logaritmos e os terremotos Ao abandonarmos um pequeno dado sobre a superfície terrestre, ocorrerá uma liberação de energia que a fará vibrar levemente. Se, no lugar do dado, for abandonado um tijolo, a energia liberada fará vibrar mais intensamente essa superfície. Vamos então, imaginar um cubo de granito com 2km de aresta abandonado de uma altura de 280km; a energia liberada será equivalente a 20 trilhões de kwh (quilowatt-hora). Essa foi a medida da energia liberada pelo terremoto ocorrido em São Francisco, Califórnia, em 1906. Mais violento ainda foi o terremoto que arrasou Lisboa em 1755, liberando energia equivalente a 350 trilhões de kwh. Os logaritmos são aplicados na medida da intensidade de um terremoto. Na escala Richter, a intensidade I de um terremoto é definida por 𝐼 = 2 3 log 𝐸 𝐸𝑜 , em que E é a energia liberada pelo terremoto, em kwh, e E0 = 10-3 kwh. Exercícios 1. (Paiva, 1999) Sabendo que o log6 5 = 0,898 e log6 2 = 0,386, calcular: a) log6 10 b) log6 2,5 c) log6 20 d)log3 5 12 e) log6 √5 2. (Paiva, 1999) Sabendo que log 2 = m e log 3 = k, calcular log (8 5√9 ) em função de m e k. 3. (Paiva, 1999) Sabendo que log15 9 = a, calcular log15 5 em função de a. 4. (UFSCAR-SP, 2016)A altura média do tronco de certa espécie de árvore, que se destina à produção de madeira evolui desde que é plantada, segundo o seguinte modelo matemático: h(t) = 1,5 + log3 (t +1), com h(t) em metros e t em anos. Se uma dessas árvores foi cortada quando seu tronco atingiu 3,5 metros de altura, o tempo (em anos) transcorrido do momento da plantação até a do corte foi de: 6 a) 9 anos b) 8 anos c) 5 anos d) 4 anos e) 2 anos Gabarito 1. Resposta: a) log6 10 log6 (5.2) log6 5 + log6 2 0,898 + 0,386 = 1,284. b) log6 2,5 log6 5 2 = log6 5 – log6 2 0,898 – 0,386 = 0,512 c)log620 log6 (22.5) log6 22 + log6 5 2log6 2 + log6 5 2.0,386 + 0,898 = 1,67 d)log6 5 12 log6 5 - log6 12 log6 5 - log6 (6.2) log6 5 – (log6 6 + log6 2) 0,898 – (1 + 0,386) = -0,488. 7 e) log6 √5 log6 51/2 1 2 log6 5 1 2 .0,898 = 0,449 2. Resposta: log (8 5√9 ) log (23 . 32/5) log 23 + log 32/5 3log 2 + 2 5 log 3 3m + 2𝑘 5 15𝑚+2𝑘 5 . Portanto, log (8 5√9 ) = 15𝑚+2𝑘 5 3. Resposta: log15 9 = a log15 32 = a 2log15 3 = a log15 3 = 𝑎 2 Sabemos que 15 3 = 5, então fazemos log15 5 = log15 15 3 log15 15 3 = log15 15 – log15 3 1 - 𝑎 2 = 2−𝑎 2 4. B – 8 anos h(t) = 1,5 log3 (t + 1) h(t) = 3,5 m 3,5 = 1,5 + log3 (t + 1) 3,5 – 1,5 = log3 (t + 1) 2 = log3 (t + 1) log3 (t + 1) = 2 8 32 = (t + 1) 9 = t + 1 t = 9 – 1 t = 8 Resumo Bem, nesta aula, aprendemos as propriedades dos logaritmos. Já vimos anteriormente, que sejam a e b números positivos e b ≠ 1. Chama-se logaritmo de a na base b o expoente x tal que bx = a, ou seja, logb a = x, então bx = a. Talvez você ache muito repetitivo estar falando novamente do conceito de logaritmo, mas ele é muito importante na resolução de diversos exercícios. a, b e c є R*+ e b ≠ 1 1ª propriedade: logaritmo do produto logb ac = logb a + logb c a, b e c є R*+ e b ≠ 1 2ª propriedade: logaritmo do quociente logb 𝒂 𝒄 = logb a – logb c a є R*+ , M > 0 e N є R 3ª propriedade: logaritmo da potência loga Mn = N.loga M 9 Referências bibliográficas DANTE, L.R. Matemática: volume único.1ª.ed.São Paulo, Ática, 2005. http://no-mundo-da-matemagica.blogspot.com/2013/07/problemas-de-logaritmos-envolvendo-o.html - Acessado em: 22/04/2019 às 08h57 PAIVA, M.Matemática:volume único.1.ed.São Paulo, Moderna, 1999