EssayAI
Блог
Блог
Математика и алгоритмы

Основное логарифмическое тождество: примеры и разбор

19 июня 2026Время чтения: 7 минут
#основное логарифмическое тождество#логарифмы#упрощение выражений#свойства логарифма#примеры решения
Основное логарифмическое тождество: примеры и разбор

Когда в выражении встречается «степень в степени логарифма» вроде 5log585^{\log_5 8}, многие тратят минуты на промежуточные вычисления, хотя ответ читается мгновенно. Это и есть основное логарифмическое тождество: возведение основания в степень его же логарифма возвращает исходное число. Ниже разберём формулу, её строгий вывод из определения логарифма и десяток примеров - от элементарных до тех, где под показателем стоит целое выражение. В конце соберём типовую задачу под ваш случай и отправим её на пошаговый разбор.

Что такое основное логарифмическое тождество

Основное логарифмическое тождество записывается одной строкой:

alogab=ba^{\log_a b} = b

Здесь aa - основание логарифма, bb - число под знаком логарифма. Тождество справедливо при ограничениях, которые накладывает само понятие логарифма: a>0a > 0, a1a \ne 1 и b>0b > 0. Если хотя бы одно из условий нарушено, выражение либо не определено, либо теряет смысл.

Словами тождество звучит так: логарифм logab\log_a b - это и есть тот показатель степени, в которую нужно возвести aa, чтобы получить bb. Поэтому, подставив этот показатель обратно в степень с основанием aa, мы по определению возвращаемся к bb. Тождество не требует никаких вычислений - оно «сворачивает» громоздкую конструкцию в одно число.

Схема основного логарифмического тождества: основание a возводится в степень логарифма и возвращает исходное число b
Схема основного логарифмического тождества: основание a возводится в степень логарифма и возвращает исходное число b

Полезно держать в голове именно этот образ: логарифм и возведение в степень с тем же основанием - взаимно обратные операции, и тождество фиксирует, что их последовательное применение возвращает к началу.

Откуда берётся формула: вывод из определения

Логарифм по определению - это решение уравнения ax=ba^x = b. То есть запись

x=logabax=bx = \log_a b \quad\Longleftrightarrow\quad a^x = b

говорит ровно одно и то же двумя способами. Возьмём правое равенство ax=ba^x = b и подставим в него x=logabx = \log_a b из левого. Получаем:

alogab=ba^{\log_a b} = b

Никакой магии: мы просто записали определение логарифма в «обратную» сторону. Именно поэтому тождество называют основным - оно напрямую вытекает из смысла операции и служит фундаментом для остальных свойств логарифмов, в том числе для логарифмических неравенств, где умение сворачивать такие выражения экономит много времени.

Простые примеры

Начнём с прямых подстановок - здесь основание степени и основание логарифма совпадают:

2log27=710log1045=455log53=3eln12=12\begin{aligned} 2^{\log_2 7} &= 7 \\ 10^{\log_{10} 45} &= 45 \\ 5^{\log_5 3} &= 3 \\ e^{\ln 12} &= 12 \end{aligned}

Последняя строка - частный случай для натурального логарифма, где a=ea = e, а logeb\log_e b записывается как lnb\ln b. Аналогично для десятичного логарифма lgb=log10b\lg b = \log_{10} b, поэтому 10lg6=610^{\lg 6} = 6. Замечайте структуру «основание в степени своего логарифма» - как только она появилась, выражение схлопывается в число под логарифмом.

Примеры с выражением под логарифмом

Под знаком логарифма может стоять не число, а целое выражение - тождество работает точно так же:

3log3(x+1)=x+1,x>17log7(2x)=2x,x>0aloga(mn)=mn\begin{aligned} 3^{\log_3 (x+1)} &= x + 1, \quad x > -1 \\ 7^{\log_7 (2x)} &= 2x, \quad x > 0 \\ a^{\log_a (m \cdot n)} &= m \cdot n \end{aligned}

Обратите внимание на ограничения справа: выражение под логарифмом обязано быть положительным. Поэтому 3log3(x+1)=x+13^{\log_3 (x+1)} = x+1 верно только при x>1x > -1 - иначе исходный логарифм не определён. Это типичное место, где теряют область допустимых значений.

Когда основания степени и логарифма различаются

Если основание степени не совпадает с основанием логарифма, напрямую тождество не применить - сначала выражение приводят к нужному виду. Рассмотрим 4log254^{\log_2 5}. Здесь 4=224 = 2^2, поэтому:

4log25=(22)log25=22log25=2log252=52=254^{\log_2 5} = \left(2^2\right)^{\log_2 5} = 2^{2\log_2 5} = 2^{\log_2 5^2} = 5^2 = 25

Мы воспользовались свойством klogab=logabkk \log_a b = \log_a b^k и только потом свернули конструкцию по основному тождеству. Похожий приём - для 9log329^{\log_3 2}: записываем 9=329 = 3^2, получаем 32log32=3log34=43^{2\log_3 2} = 3^{\log_3 4} = 4. Главный навык здесь - увидеть общее основание, к которому можно привести обе части.

Разбор составного примера

Соберём приёмы вместе на одном выражении, какое встречается в заданиях повышенной сложности. Упростим:

8log2325log528^{\log_2 3} - 25^{\log_5 2}

Каждое слагаемое приводим к общему основанию. В первом 8=238 = 2^3, значит показатель утраивается:

8log23=(23)log23=23log23=2log233=33=278^{\log_2 3} = \left(2^3\right)^{\log_2 3} = 2^{3\log_2 3} = 2^{\log_2 3^3} = 3^3 = 27

Во втором 25=5225 = 5^2, показатель удваивается:

25log52=(52)log52=5log522=22=425^{\log_5 2} = \left(5^2\right)^{\log_5 2} = 5^{\log_5 2^2} = 2^2 = 4

Итог: 274=2327 - 4 = 23. Главное в таком разборе - действовать по шагам: сначала выразить основание степени как степень основания логарифма, затем внести коэффициент под знак логарифма по правилу klogab=logabkk\log_a b = \log_a b^k, и только в самом конце свернуть всё основным тождеством. Тот же порядок работает и для дробных оснований: например, (13)log32\left(\tfrac{1}{3}\right)^{\log_3 2} сводят к 3log32=3log321=123^{-\log_3 2} = 3^{\log_3 2^{-1}} = \tfrac{1}{2}.

Где тождество встречается в задачах

Помимо прямого упрощения, основное тождество - рабочий инструмент в нескольких типах заданий. В показательных уравнениях оно помогает избавиться от логарифма в показателе: если уравнение содержит alogaf(x)a^{\log_a f(x)}, эту часть сразу заменяют на f(x)f(x). В вычислении значений выражений без калькулятора (типовая часть ЕГЭ) тождество превращает многоэтажную запись в одно действие. В доказательствах свойств логарифмов оно служит отправной точкой - через него выводят формулу перехода к новому основанию и правило логарифма произведения.

Узнаётся ситуация для применения по характерному признаку: в выражении есть степень, у которой основание и основание логарифма в показателе можно свести к одному числу. Как только это видно, дальнейшие вычисления почти всегда короче, чем кажется на первый взгляд.

Связь со следствием тождества

Из основного тождества выводится полезное следствие - степень с показателем-логарифмом, где числа под логарифмом и в основании степени переставлены:

Сравнение основного тождества и его следствия: перестановка чисел в основании степени и под логарифмом
Сравнение основного тождества и его следствия: перестановка чисел в основании степени и под логарифмом
alogcb=blogcaa^{\log_c b} = b^{\log_c a}

Это равенство часто экономит шаги в задачах с «неудобными» основаниями. Например, 2log53=3log522^{\log_5 3} = 3^{\log_5 2} - если второе выражение оказывается проще для оценки, переходят к нему. Тождество и его следствие вместе покрывают большинство задач уровня ЕГЭ на упрощение показательно-логарифмических выражений.

Частые ошибки

  • Путают тождество с logaab=b\log_a a^b = b. Это родственное, но другое равенство: здесь логарифм «снаружи», а степень «внутри». Основное тождество - наоборот: степень снаружи, логарифм в показателе.
  • Забывают про область допустимых значений. В aloga(x3)=x3a^{\log_a (x-3)} = x-3 ответ верен только при x>3x > 3; без этого условия запись бессмысленна.
  • Применяют тождество при разных основаниях напрямую. 4log2554^{\log_2 5} \ne 5: пока основания не совпали, сворачивать нельзя - сначала приведите к общему основанию.
  • Теряют ограничение a1a \ne 1. При a=1a = 1 логарифм не определён, поэтому тождество к единичному основанию неприменимо.
  • Считают alogaba^{\log_a b} через калькулятор по шагам - это лишняя работа: ответ всегда равен bb по определению.

FAQ

Чему равно alogaba^{\log_a b}? Ровно bb, при условиях a>0a > 0, a1a \ne 1, b>0b > 0. Это и есть формулировка основного логарифмического тождества - показатель степени совпадает с логарифмом по тому же основанию, поэтому степень возвращает исходное число.

Чем основное тождество отличается от logaax=x\log_a a^x = x? В основном тождестве степень стоит снаружи, а логарифм - в показателе: alogab=ba^{\log_a b} = b. В равенстве logaax=x\log_a a^x = x логарифм берётся от степени. Оба следуют из определения логарифма, но применяются в разных конфигурациях выражения.

Можно ли применять тождество, если под логарифмом отрицательное число? Нет. Логарифм определён только для положительного аргумента, поэтому b>0b > 0 обязательно. Если под логарифмом стоит выражение с переменной, нужно сначала выписать область допустимых значений.

Коротко

Основное логарифмическое тождество alogab=ba^{\log_a b} = b - прямое следствие определения логарифма как показателя степени: оно позволяет мгновенно сворачивать конструкции «основание в степени своего логарифма» при a>0a > 0, a1a \ne 1, b>0b > 0. Если основания степени и логарифма различаются, выражение сначала приводят к общему основанию, и лишь затем применяют тождество. Главное - не путать его с равенством logaax=x\log_a a^x = x и не забывать про область допустимых значений.

Доверьте текст нейросети EssayAI

Открыть EssayAI

Бесплатно, на русском языке и без VPN

Читайте также