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Matemática LOGARITMOS DECIMAIS 1 Sumário Introdução .................................................................................................................................... 2 Objetivo......................................................................................................................................... 2 1. Logaritmo decimal ............................................................................................................... 2 1.1. Conceito ............................................................................................................................ 2 1.2. Característica e mantissa ................................................................................................. 3 1.3. Característica de um número real maior ou igual a um.................................................. 4 1.4. Característica de um número real maior que zero e menor que um.............................. 5 1.5. Logaritmo na forma mista ou preparada ........................................................................ 5 1.6. Logaritmo na forma negativa .......................................................................................... 5 1.7. Convertendo logaritmo na forma preparada para forma negativa ............................... 6 1.8. Convertendo logaritmo na forma negativa para forma preparada ............................... 6 Exercícios ...................................................................................................................................... 6 Gabarito ........................................................................................................................................ 7 Resumo ......................................................................................................................................... 8 2 Introdução Na apostila anterior, Inequações Logarítmicas, aprendemos que as inequações logarítmicas obedecem à uma condição de existência, e que após a resolução da equação, é preciso observar a base, sendo que, quando for maior que 1, o sentido da desigualdade entre os logaritmos é mantida e se for entre 0 e 1 o sentido da desigualdade é invertido. Agora, vamos aprender sobre os logaritmos decimais, sua característica e mantissa, seu conceito e como esses são indicados. Objetivo • Conceituar logaritmo decimal; • Mostrar as partes de um logaritmo decimal. 1. Logaritmo decimal 1.1. Conceito Chama-se logaritmo decimal aquele de base 10. Indica-se o logaritmo decimal de um número a simplesmente por log a (a base 10 fica subentendida). O log 1 1000 é o expoente x tal que 10x = 1 1000 . Então temos: 10x = 1 1000 10x = 10-3 x = -3 Assim, log 1 1000 = -3. Neste exemplo, podemos perceber que log 1000 é igual a 3, pois 103 é igual a 1000, ou seja 1000 é uma potência de 10 com expoente 3. Veja que o logaritmo de 1000 é o expoente da potência de 10, então podemos dizer que para um expoente N, o log 10N = N. Vamos então, construir uma tabela onde teremos N apenas com números inteiros, sejam eles positivos ou negativos. Note que nesta tabela, só temos potências de dez com expoente inteiro, seja ele negativo, nulo ou positivo. 3 N log 10N = N Solução -3 log 10-3 = -3 10-3 = 0,001 -2 log 10-2 = -2 10-2 = 0,01 -1 log 10-1 = -1 10-1 = 0,1 0 log 100 = 0 100 = 1 1 log 101 = 1 101 = 10 2 log 102 = 2 102 = 100 3 log 103 = 3 103 = 1000 Matemática Didática 2019 De acordo com a tabela, nas linhas onde N = 2 e N = 3, vemos que o log 100 = 2 e log 1000 = 3. Mas o que isso quer dizer? Isso nos diz que o logaritmo de qualquer número real maior que 100 e menor que 1000 é maior que 2 e menor que 3. Se esta tabela fosse prolongada, teríamos o log 0,0001 = -4 e o log 0,00001 = -5 de forma que, qualquer número real maior de 0,00001 e menor que 0,0001 é maior que -5 e menor que -4. Hora, continuando assim, temos o log 50 como 1 vírgula alguma coisa, pois 50 está entre 10 e 100, e estes têm como logaritmo 1 e 2 respectivamente. Na verdade, log 50 é aproximadamente 1,68970 e de fato está entre 1 e 2. De um modo mais claro, temos 1 <1,698970 < 2 e 101 < 50 < 102. 1.2. Característica e mantissa O log 50 é um número decimal que pode ser separado em duas partes. Uma parte inteira e outra decimal. À parte inteira damos o nome de característica, à parte decimal denominamos mantissa. Representação de mantissa Observando o quadro acima, podemos dizer que log x = c + m, onde x deve ser maior que zero (condição de logaritmo), a característica pertence ao conjunto dos x > 0 log x = c + m caracterítica mantissa (C є Z) (0 < m < 1) 4 números inteiros, sejam eles negativos ou positivos e a mantissa está entre 0 e um, ou seja, maior que zero e menor que um. Vamos exercitar: Dado o log 2 = 0,301, calcule: a) log 20 Resolvendo temos log 20 = log (10.2) = log 10 + log 2. O log 10 = 1 e log 2 = 0,301. Temos então que 1 é a característica e 0,301 a mantissa. Podemos perceber que no log 2 a característica é 0 e mantissa 0,301 e no log20 a característica passou para 1 e a mantissa a mesma. b) log 200 Resolvendo fazemos log 200 = log (100.2) = log 100 + log 2 = log 102 + 0,301. Então log 200 = 2 + 0,301 = 2,301. A característica aumentou para 2 e a mantissa permaneceu a mesma. Assim podemos concluir que quando você tem um log de um número e multiplica esse número por uma potência de 10, a mantissa não se altera e a característica aumenta uma unidade. c) log 2000 = 3 + 0,301 = 3,301 d) Para o log 0,2 vamos dividir por potência de 10. Fazemos log 0,2 = log 2 10 = log 2 – log 10 Assim temos 0,301 – 1 = -0,699 e) log 0,02 = -2 + 0,301 = -1,699 Quando se divide por 10, a mantissa se mantém e a característica diminui uma unidade. 1.3. Característica de um número real maior ou igual a um A característica do logaritmo decimal de um número real maior ou igual a 1 é igual ao número de algarismos da parte inteira subtraída de uma unidade. O número 70 possui dois algarismos na parte inteira, por isto a sua característica é igual a 1. A característica do logaritmo decimal de 543,76 é igual a 2, pois na parte inteira este número possui 3 algarismos. 5 1.4. Característica de um número real maior que zero e menor que um Para obtermos a característica do logaritmo decimal de um número real maior que zero e menor que um, contamos o número de zeros antes do primeiro algarismo diferente de zero. A característica é o valor simétrico desta contagem, ou seja, é a contagem com o sinal de negativo, já que o logaritmo decimal de um número menor que um e maior que zero é negativo. Lembre-se que não existe logaritmo de número negativo. Qual é a característica do log 0,000504? Veja que o número 0,000504 possui um zero antes da vírgula e mais três depois dela e antes do primeiro algarismo diferente de zero que é o 5. Por isto a característica do número 0,000504 é -4. 1.5. Logaritmo na forma mista ou preparada A mantissa aproximada do log 0,000504 é 702431, então podemos dizer que o log 0,000504 = -4 + 0,702431, na forma mista. Veja que na forma mista ou preparada, escrevemos a característica e a mantissa como os termos de uma adição. Nesta forma também podemos expressar assim o logaritmo de log 0,000504: 4,702431. Note querealizamos um traço sobre a característica negativa, semelhante ao vinculum utilizado na escrita de números romanos. 1.6. Logaritmo na forma negativa Se você calcular o log 0,000504 em uma calculadora científica irá obter aproximadamente o seguinte valor: -3,297569. Note que ele difere do valor considerado anteriormente. Por quê? Porque anteriormente o log 0,000504 estava representado na sua forma preparada e agora ele está na sua forma negativa. Esta é a forma utilizada pelas calculadoras. 6 1.7. Convertendo logaritmo na forma preparada para forma negativa Para conversão de 4,702431 em -3,297569 devemos tratar a característica e a mantissa separadamente. A característica passa para -3 simplesmente se somando 1 ao -4 da parte inteira: 4 = -4 + 1 = -3. Em relação à mantissa subtraímos de 1 o 0,702431 referente à parte decimal: 1-0,702431 = 0,297569. O logaritmo resultante na forma negativa será a subtração das novas partes obtidas: -3 -0,297569 = -3,297569. Caso só tenhamos a característica, isto é, a mantissa seja zero, a conversão é mais simples. 4 na forma preparada é igual a -4 na forma negativa. 1.8. Convertendo logaritmo na forma negativa para forma preparada A conversão de -3,297569 em 4,702431 também é realizada se tratando a característica e a mantissa separadamente. Da parte inteira -3 subtraímos 1, que resulta em -4 e escrevemos a característica utilizando o traço sobre este número sem o sinal de negativo: -3 -1 = - 4 = 4 4 é a característica na forma mista. A mantissa é obtida subtraindo de 1 a parte decimal: 1 – 0,297569 = 0,702431 O logaritmo resultante na forma preparada será a junção da característica 4 com a mantissa 702431, ou seja: 4,702431 No caso de números inteiros o procedimento é simplificado. Se ao invés de 3,297569, tivéssemos apenas o inteiro -3, na forma preparada teríamos simplesmente 3. Exercícios 1. (Autor, 2019) Se log 2 = 0,301 então determine o número de algarismos de 250. 2. (Matemática didática, 2019) O logaritmo decimal de 0,2 é igual a -0,698970 na sua forma negativa. Qual é o logaritmo decimal de 200? 3. (Matemática didática, 2019) Qual é a forma negativa do logaritmo decimal 1,511883? 7 Gabarito 1. Quando se calcula o logaritmo de um número, encontramos um número real composto por uma parte inteira e uma parte decimal. A parte inteira é chamada de característica e a parte decimal é chamada de mantissa. log 2 = 0,301 tem característica 0 e mantissa 0,301. A mantissa tem como propriedade, não se alterar, quando multiplicamos o logaritmando por uma potência de 10. log (2 . 10n) = log 2 + log 10n = 0,301 + n = n,301 Perceba que somamos a característica do log de 2 com n (0 + n) e a mantissa é a mesma (0,301). Como log 2 = 0,301, então: log (250) = 50 . log 2 = 50 . 0,301=15,05 log (250) = 15,05 que tem característica 15, logo o número de algarismos de 250 é a característica mais 1, ou seja, 16 algarismos. 2. Já que log 0,2 está na sua forma negativa, devemos primeiramente obter a sua mantissa, visto que ela não é a parte decimal do logaritmo informado. Já vimos que isto sempre acontece quando o logaritmando é maior que 0 e menor que 1 e no caso deste exercício o logaritmando é igual a 0,2. Para a obtenção da mantissa do log 0,2, simplesmente vamos subtrair 0,698970. Estamos considerando apenas os algarismos da parte decimal (698970) do logaritmo informado no enunciado, acrescentando o "0," na frente: 1 – 0,698970 = 0,301030 Portanto a mantissa do log 0,2 é igual a 301030. Visto que os logaritmos decimais de dois números que diferem entre si somente pela posição da vírgula, possuem a mesma mantissa, então ambos os logaritmos decimais de 0,2 e 200 possuem a mantissa 301030. O que difere neles é a característica. Para obtermos a característica do log 200, basta subtrairmos 1 do número de algarismos da parte inteira de 200: 3 – 1 = 2 8 Com característica igual a 2 e mantissa igual a 301030, o logaritmo decimal de 200 é igual a 2,301030. 3. Vamos realizar a conversão separando o número em duas partes. A primeira parte é obtida somando-se 1 à característica 1 (-1): 1 = -1 + 1 = 0 Para a segunda parte subtraímos o 0,511883, referente à mantissa precedida de "0,", de 1: 1 – 0,511883 = 0,488117 Concluindo subtraímos as partes obtidas: 0 – 0,488117 = -0,4188117 A forma negativa deste logaritmo decimal é -0,488117. Resumo Na aula de hoje, aprendemos que logaritmo decimal aquele de base 10. Indica- se o logaritmo decimal de um número a simplesmente por log a (a base 10 fica subentendida). LOGARITMOS DECIMAIS O número “a” é uma potência de 10 com expoente inteiro: a = 10n, com n є Z, então: log a = log 10n = n log 10 = n . 1 = n O número “a” não é potência de 10 com expoente inteiro: a = 300 O log decimal de uma potência inteira de 10 é o expoente dessa potência, nesse caso um número inteiro: log 0,01 = log 10-2 = -2 log 1 = log 100 = 1 log 10 = log 101 = 1 O número “a” está entre duas potências de base 10 com expoentes inteiros e consecutivos: 102 < 300 < 103 log 102 < log 300 < log 103 2 < log 300 < 3 Somente as potências de 10 com expoentes inteiros possuem logaritmos inteiros. O valor de log 300 está entre 2 e 3, sendo 2 + 0,4771, ou ainda 2,4771. 9 Então, log a = c + m sendo (a > 0) O logaritmo decimal de um número positivo é constituído de uma parte inteira “c” (característica) e uma parte decimal “m” mantissa (0 ≤ m < 1). 10 Referências bibliográficas http://www.matematicadidatica.com.br/LogaritmosDecimais.aspx- Acessado em 25/04/2019 as 13h25 PAIVA, M.Matemática:volume único.1.ed.São Paulo, Moderna, 1999.