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Matemática MUDANÇA DE BASE 1 Sumário Introdução .................................................................................................................................... 2 Objetivo......................................................................................................................................... 2 1. Mudança de base .................................................................................................................. 2 1.1. Propriedade de mudança de base ................................................................................... 2 1.2. Consequências da mudança de base .............................................................................. 3 1.3. Aplicações ......................................................................................................................... 5 Exercícios ...................................................................................................................................... 6 Gabarito ........................................................................................................................................ 7 Resumo ......................................................................................................................................... 8 2 Introdução Conforme vimos na apostila anterior, sobre Propriedades dos Logaritmos, este possuem propriedades que nos ajudam a resolver determinados exercícios de forma mais fácil. Temos a propriedade do logaritmo de um produto, onde logb ac = logb a + logb c, a propriedade logaritmo de um quociente em que o logb 𝑎 𝑐 = logb a – logb c e o logaritmo de uma potência onde loga Mn = n.loga M. Por sua vez, nesta aula, iremos estudar outra propriedade dos logaritmos para a mudança de base, pois até então as propriedades aplicadas, se referem ao logaritmo de mesma base. Objetivo • Definir a propriedade para mudança de base; • Conceituar informações que norteiam a mudança de base logarítmica; • Exemplificar situações de aplicação da mudança de base. 1. Mudança de base A necessidade de conversão das bases de logaritmos, muitas vezes se faz necessária, pois quando temos operações com logaritmos em que as bases são diferentes, é preciso igualá-las, já que as propriedades logarítmicas somente podem ser usadas em uma mesma base. Nesta propriedade, veremos que a mudança de base, é justamente o que se faz, quando for útil trocarmos a base do logaritmo para a simplificação do cálculo, ou seja, escolhemos uma base qualquer (sendo útil) desde que seja maior que zero e diferente de um. 1.1. Propriedade de mudança de base Sempre podemos mudar a base de um logaritmo, quando isso for conveniente. Por exemplo, para escrever o logb N usando logaritmos na base a, realizamos a mudança de base: logbN= 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑁 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 (para N > 0, b > 0, a > 0; b ≠ 1 e a ≠ 1) Exemplos: 1º) log7 5 = 𝑙𝑜𝑔2 5 𝑙𝑜𝑔2 7 (na base 2) 3 2º) log7 5 = 𝑙𝑜𝑔 5 𝑙𝑜𝑔 7 (na base 10) 3º) log5 25 = 2, então log25 5 = ½ 4º) logb a = − 3 4 , então loga b = − 4 3 1.2. Consequências da mudança de base Depois de já termos definido, vamos estudar algumas consequências da mudança de bases de logaritmos. A mudança de base proporciona mais algumas ferramentas que podem ser utilizadas no cálculo de expressões que envolvam logaritmos. 1ª consequência: logb a= 1 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 Essa consequência nos diz que, ao invertermos um logaritmo, devemos trocar a base e o logaritmando de lugar. Vejamos um exemplo: Se tomarmos log3 42, teremos como inverso 1 𝑙𝑜𝑔3 42 , então baseado nessa consequência, iremos dizer que log3 42 = 1 𝑙𝑜𝑔42 3 . Para demonstrar esta propriedade, vamos fazê-lo através da mudança de base. Partimos do logb a e fazemos a mudança de base para a nova base b. logb a= 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 Nós já sabemos que logb b é igual a 1, portanto, demonstramos que : logb a= 𝟏 𝒍𝒐𝒈𝒂 𝒃 . Vamos então agora, ver na prática como utilizamos. Neste exemplo iremos também utilizar uma propriedade que já aprendemos aqui, então caso não se lembrar, faça uma revisão e retorne para que possa ter um melhor entendimento. Sendo log7 27 = a, calcule o valor de log3 7. Para iniciar a resolução, vamos reescrever o log7 27 = a como sendo log7 33 = a e aplicar a propriedade da potência. log7 33 = a é 3.log7 3 = a 4 Podemos observar que temos um logaritmo que é exatamente o inverso do logaritmo pedido. Sendo assim iremos modificar 3.log7 3 = a para 3. 𝟏 𝒍𝒐𝒈𝟑 𝟕 = a Finalizando, basta isolar o valor do enunciado: log3 7 = 3 𝑎 . 2ª consequência: loga b . logb c = loga c Quando temos uma multiplicação de dois logaritmos em que um deles possui a base igual ao logaritmando do outro, podemos cortar estes dois e transformar em um logaritmo só: loga b . logb c = loga c Vamos então demonstrar esta consequência, que é bem tranquila e utiliza a troca de base. Iniciamos por loga b . logb c e trocamos os dois logaritmos para uma base comum qualquer. Não se preocupe, pode ser qualquer uma mesmo! Vamos então escolher a base a. Iremos trocar as bases dos dois logaritmos para a base a, porém o primeiro logaritmo já está na base a, assim facilita, pois não será necessário modificá- lo. logb a . 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑐 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 Assim os dois termos logb a podem ser cortados, e sobra: logb a . 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑐 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 loga c, como queríamos demonstrar. Então, vamos lá! Calcule o valor da expressão log5 8 . log6 7 . log8 36 . log7 5. Em um exercício como este, é necessário fazer um reagrupamento dos fatores para que possamos facilitar os cortes. Agora, então vamos colocar primeiro o quarto logaritmo após o primeiro: log5 8. log7 5. log6 7 . log8 36 Os fatores grifados, podem ser unidos em um só ao cortar a base 5 do primeiro logaritmo com o logaritmando 5 do segundo logaritmo: log7 8 . log6 7 . log8 36 5 Com estes novos termos grifados, também podemos uni-los ao cortar a base 7 com o logaritmando 7: log6 8 . log8 36 Podemos unir estes dois logaritmos que restaram, ao cortar a base 8: log6 36 = x 36 = 6x 62 = 6x x = 2 1.3. Aplicações Podemos ver uma aplicação importante da propriedade de mudança de base, no uso em calculadoras eletrônicas, pois essas só possuem teclas para calcular logaritmos na base 10 e na base e. Vejamos alguns exemplos: 1º) Dados loga m = 11 e loga n = 6, qual é o valor de loga (m3n2)? loga (m3n2) = loga m3 + loga n2 3 loga m + 2 loga n 3 . 11 + 2 . 6 = 45 Então, loga (m3n2) = 45. 2º)Vamos calcular o valor da expressão log3 5 . log25 81. log3 5 . log25 81 = log3 5 . 𝑙𝑜𝑔3 81 𝑙𝑜𝑔3 25 log3 5 . 𝑙𝑜𝑔3 3 4 𝑙𝑜𝑔3 52 log3 5 . 4 2.𝑙𝑜𝑔3 5 = 4 2 = 2 Observação: Para log3 34, fazemos 4.log3 3 e como log3 3 é igual a 1, temos então log3 34 = 4. 6 FIQUE ATENTO! Exercícios 1. (Paiva, 1999) Sabendo que log6 5 = 0,898 e log6 2 = 0,386, calcule o log2 5: 2. (Autor, 2019) Se o loga b = 4 7 , então logb a é igual: a) 4 7 b) 7 4 c) 𝑎 𝑏 d) 𝑏 𝑎 e) 7 3. (Autor, 2019) Vamos considerar que log a seja igual a X e log b igual a Y, então o logb a é : a) X + Yb) X – Y c) X . Y d) 𝑌 𝑋 e) 𝑋 𝑌 4. (Mundo Educação, 2019) Sabendo que log10 5 = a, determine o valor de log50 100. 5. (Mundo Educação, 2019) Calcule log27 z, sabendo que log3 z = w. Em uma forma mais generalizada, para calcular logb a, podemos utilizar outra base k arbitrária. Desta forma, dividimos o logaritmo de a pelo logaritmo de b na base k que escolhermos. 𝐥𝐨𝐠𝒃 𝒂 = 𝐥𝐨𝐠𝒌 𝒂 𝐥𝐨𝐠𝒌 𝒃 7 Gabarito 1. log2 5 = 𝑙𝑜𝑔65 𝑙𝑜𝑔6 2 = 0,898 0,386 ≈ 2,326. 2. B logb a = 7 4 3. Neste exercício, temos o logaritmo de a na base 10, porém pede logaritmo de a na base, portanto é necessário aplicar a mudança de base, ou seja, transformar a base 10. logb a = 𝑙𝑜𝑔 𝑎 𝑙𝑜𝑔 𝑏 Pelo enunciado, sabemos que log a = X e log b = Y, então a resposta será letra e 𝑋 𝑌 . 4. Utilizando a fórmula da mudança de base do logaritmo, temos: logb a= 𝑙𝑜𝑔𝑐 𝑏 𝑙𝑜𝑔𝑐 𝑎 O exercício sugeriu que log10 5 = a, precisamos que apareça o log10 5 em nossos cálculos e para isso faremos c = 10 e teremos: log50 100 = 𝑙𝑜𝑔10 100 𝑙𝑜𝑔10 50 Sabemos que log10 100 = log10 102, ou seja, log10 100 = 2, então continuaremos a resolução substituindo log10 50 por log10 (5.10), que equivale a log10 5 + log10 10: log50 100 = 2 𝑙𝑜𝑔10 (5.10) log50 100 = 2 𝑙𝑜𝑔10 5+𝑙𝑜𝑔1010 Sabemos que o log10 5 = a e log10 10= 1, então temos: log50 100 = 2 𝑎+1 5. Pela fórmula da mudança de base do logaritmo, temos: loga b= 𝑙𝑜𝑔𝑐 𝑏 𝑙𝑜𝑔𝑐 𝑎 . Se log3 z = w, precisamos que apareça o log3 z no desenvolvimento do cálculo. Para isso, podemos fazer c = 3. Logo, teremos a seguinte equação: log27 z= 𝑙𝑜𝑔3 𝑧 𝑙𝑜𝑔3 27 Sabendo que log3 27 = 3 e, segundo o enunciado, log3 z = w, temos então: log27 z = 𝑤 3 8 Resumo Hoje compreendemos que em determinadas situações, que envolvem cálculos com logaritmos em bases diferentes, torna-se necessário fazer a conversão dos logaritmos de diferentes para uma única base conveniente. Utilizamos logbN= 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑁 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 (para N > 0, b > 0, a > 0; b ≠ 1 e a ≠ 1). A mudança de base, poderá levar à algumas consequências, como por exemplo, ao invertermos um logaritmo, devemos trocar a base e o logaritmando de lugar, daí temos que logb a= 1 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑏 Outra consequência é que, quando temos uma multiplicação de dois logaritmos em que um deles possui a base igual ao logaritmando do outro, podemos cortar estes dois e transformar em um logaritmo só: loga b . logb c = loga c Outro fato importante em relação à mudança de base é a sua aplicação no uso em calculadoras eletrônicas, pois essas só possuem teclas para calcular logaritmos na base 10 e na base e. 9 Referências bibliográficas DANTE, L.R. Matemática: volume único.1ª.ed.São Paulo, Ática, 2005. https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-matematica/exercicios-sobre-mudanca-base- logaritmos.htm#resposta-1118 - Acessado em 22/04/2019 às 16h36. PAIVA, M.Matemática:volume único.1.ed.São Paulo, Moderna, 1999
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