Test: Logaritmi și funcția logaritmică
Disciplina: Matematică · Clasa a IX-a · Unitatea: Funcția exponențială și funcția logaritmică
Exerciții
Partea I – Definiția logaritmului și calcule directe
Exercițiul 1 (6 puncte)
Alege litera corespunzătoare răspunsului corect (câte 2 puncte):
a) Valoarea numărului este: A. ; B. ; C. ; D. .
b) Valoarea numărului este: A. ; B. ; C. ; D. .
c) Graficul funcției , , intersectează axa în punctul: A. ; B. ; C. ; D. .
Exercițiul 2 (6 puncte)
Calculează, folosind definiția logaritmului („la ce putere trebuie ridicată baza?"), următoarele numere (câte 1 punct):
a) b) c) d) e) f)
Exercițiul 3 (6 puncte)
Stabilește dacă fiecare afirmație este adevărată (A) sau falsă (F) și justifică pe scurt (câte 1,5 puncte): a) „." b) „Numărul este un număr real negativ." c) „Funcția , , este strict descrescătoare." d) „."
Exercițiul 4 (6 puncte)
a) Scrie sub formă de logaritm fiecare dintre egalitățile (câte 1 punct): (3 p)
b) Scrie sub formă de putere fiecare dintre egalitățile (câte 1 punct): (3 p)
Partea a II-a – Funcția logaritmică, graficul ei, ln și lg
Exercițiul 5 (8 puncte)
Se consideră funcția , .
a) Completează tabelul de valori. (3 p)
b) Trasează graficul funcției într-un reper cartezian, folosind punctele obținute. (2 p) c) Precizează domeniul, imaginea și monotonia funcției . (2 p) d) Explică de ce graficul nu intersectează axa . (1 p)
Exercițiul 6 (7 puncte)
În același reper cartezian sunt desenate graficele funcțiilor și , împreună cu dreapta .
a) Precizează care curbă este graficul funcției exponențiale și care este graficul funcției logaritmice, justificând prin domeniul fiecăreia. (2 p) b) Citește de pe grafic valorile și . (2 p) c) Explică de ce cele două grafice sunt simetrice față de dreapta . (2 p) d) Precizează coordonatele punctului în care graficul funcției logaritmice taie axa . (1 p)
Exercițiul 7 (7 puncte)
a) Precizează ce bază are logaritmul notat și ce bază are logaritmul notat . (2 p) b) Calculează , , și . (2 p) c) Calculează și . (2 p) d) Calculează . (1 p)
Exercițiul 8 (6 puncte)
a) Arată, fără calculator, că numărul este cuprins între și . (2 p) b) Arată, fără calculator, că numărul este cuprins între și . (2 p) c) Compară numerele și fără a le calcula. (2 p)
Exercițiul 9 (6 puncte)
Aciditatea unei soluții se măsoară prin , unde este concentrația ionilor de hidrogen, exprimată în moli pe litru.
a) Sucul de lămâie are mol/L. Calculează pH-ul lui. (2 p) b) Apa pură are mol/L. Calculează pH-ul ei. (2 p) c) O soluție are . Determină concentrația . (2 p)
Partea a III-a – Scări logaritmice, probleme și itemi de tip examen
Exercițiul 10 (8 puncte)
Nivelul sonor se măsoară în decibeli, după formula , unde este intensitatea sunetului, iar W/m² este pragul de auzibilitate.
a) Un aspirator produce un sunet de intensitate W/m². Calculează raportul și nivelul sonor, în decibeli. (3 p) b) O conversație obișnuită are intensitatea W/m². Calculează nivelul ei sonor. (2 p) c) La un concert, nivelul sonor este de dB. Determină intensitatea sunetului. (2 p) d) De câte ori este mai intens sunetul de la concert decât cel al aspiratorului? (1 p)
Exercițiul 11 (8 puncte)
Magnitudinea unui cutremur pe scara Richter se calculează cu formula , unde este amplitudinea măsurată de seismograf, iar este o amplitudine de referință.
a) Un cutremur are amplitudinea . Determină magnitudinea lui. (2 p) b) Un alt cutremur are magnitudinea . Determină raportul pentru el. (2 p) c) De câte ori este mai mare amplitudinea cutremurului de magnitudine față de cea a cutremurului de magnitudine ? (2 p) d) Explică de ce o creștere de o singură unitate pe scara Richter înseamnă un cutremur mult mai puternic și de ce este utilă folosirea unei scări logaritmice. (2 p)
Exercițiul 12 (8 puncte)
(Redactare completă cerută.) Se consideră funcția , . a) Calculează , , și . (2 p) b) Arată că . (2 p) c) Arată că pentru orice și că pentru orice . (3 p) d) Determină numărul real pentru care . (1 p)
Exercițiul 13 (8 puncte)
(Item tip Bacalaureat.) a) Arătați că . (2 p) b) Determinați numărul real pozitiv pentru care . (3 p) c) Determinați numerele naturale , cu , pentru care este număr natural. (3 p)
Barem și răspunsuri
Punctaj total: 90 p din itemi + 10 p din oficiu = 100 p.
Exercițiul 1. (6 p) — câte 2 puncte.
a) B. Întrebarea este „la ce putere ridic pe ca să obțin ?". Cum , avem . (Varianta confundă logaritmul cu puterea însăși.)
b) A. înseamnă logaritm în baza , iar , deci . Logaritmul zecimal al unei puteri a lui este chiar numărul de zerouri.
c) B. Graficul taie axa acolo unde , adică unde ; din rezultă , deci punctul este . Varianta inversează coordonatele, iar ar cere , care nici măcar nu face parte din domeniu.
Exercițiul 2. (6 p) — câte 1 punct (se acordă punctul integral doar dacă rezultatul este corect; justificarea prin puterea corespunzătoare este obligatorie la cerere).
a) , pentru că . b) , pentru că . c) , pentru că . d) , pentru că . e) , pentru că (logaritmul lui este în orice bază). f) , pentru că (logaritmul bazei este întotdeauna ).
Exercițiul 3. (6 p) — câte 1,5 puncte (0,5 p răspunsul, 1 p justificarea).
a) A. , deci exponentul căutat este într-adevăr .
b) F. Expresia nu are sens: ar însemna un număr cu , imposibil, fiindcă orice putere a lui este strict pozitivă. Se pot logaritma doar numerele strict pozitive. (Confuzia frecventă: „logaritmul unui număr negativ este negativ" — de fapt logaritmul poate fi negativ, dar numărul logaritmat nu, ca în .)
c) A. Baza este , iar , deci funcția logaritmică este strict descrescătoare. Verificare: , iar — argumentul a crescut, valoarea a scăzut.
d) F. , pentru că . Confuzia constă în a răspunde cu numărul logaritmat în loc de exponent.
Exercițiul 4. (6 p)
a) (3 p) Se folosește echivalența (câte 1 p):
b) (3 p) Aceeași echivalență, citită în sens invers (câte 1 p):
Exercițiul 5. (8 p)
a) (3 p) Fiecare valoare este exponentul lui care produce numărul din tabel (câte p):
b) (2 p) Se marchează punctele , , , , , (1 p) și se unesc printr-o curbă netedă, crescătoare, care coboară abrupt spre axa în apropierea lui , fără să o atingă (1 p). (Se scade 1 p dacă graficul este prelungit la stânga lui .)
c) (2 p) Domeniul este , imaginea este (1 p); baza fiind , funcția este strict crescătoare pe tot domeniul (1 p).
d) (1 p) Axa are ecuația , iar nu aparține domeniului: nu există niciun exponent care să dea . Valorile funcției scad nemărginit când se apropie de , deci axa este asimptotă, nu punct de intersecție.
Exercițiul 6. (7 p)
a) (2 p) Curba definită pentru orice real, dar cu valori doar pozitive (deci aflată în întregime deasupra axei ), este graficul funcției exponențiale (1 p). Curba desenată doar la dreapta axei , dar care coboară sub axa , este graficul funcției logaritmice — domeniul ei este , iar imaginea este (1 p).
b) (2 p) (punctul de pe curba logaritmică) (1 p); (punctul de pe curba exponențială) (1 p).
c) (2 p) Cele două funcții fac drumuri inverse: exponențiala duce exponentul în putere, iar logaritmul duce puterea înapoi în exponent (1 p). De aceea, dacă punctul se află pe graficul lui (adică ), atunci punctul se află pe graficul lui (adică ) — iar și sunt simetrice față de prima bisectoare (1 p). Exemplu de pe figură: și .
d) (1 p) Punctul , deoarece .
Exercițiul 7. (7 p)
a) (2 p) — logaritmul zecimal, în baza (1 p); — logaritmul natural, în baza (1 p).
b) (2 p) ; ; ; (câte p). Ultimul: .
c) (2 p) , pentru că (1 p); , pentru că (1 p).
d) (1 p) : exponentul la care trebuie ridicat pentru a obține este chiar .
Exercițiul 8. (6 p)
a) (2 p) Încadrăm numărul între două puteri consecutive ale lui : (1 p). Funcția fiind strict crescătoare, inegalitățile se păstrează: (Pentru control: .)
b) (2 p) Analog, (1 p), iar este strict crescătoare, deci (1 p). (Pentru control: .)
c) (2 p) Baza este , deci funcția este strict crescătoare (1 p). Din rezultă
Exercițiul 9. (6 p)
a) (2 p) (1 p pentru , 1 p pentru rezultat). Valoarea mică arată o soluție puternic acidă.
b) (2 p) (2 p) — valoarea neutră a scării, cea a apei pure.
c) (2 p) Din rezultă (1 p), adică mol/L (1 p). (Observație: soluția de la punctul a), cu pH , are concentrația , adică de de ori mai mare — pe scara pH, o diferență de o unitate înseamnă un raport de la între concentrații.)
Exercițiul 10. (8 p)
a) (3 p) (1,5 p), deci
b) (2 p) (1 p), deci dB (1 p).
c) (2 p) Din rezultă , adică (1 p). Atunci
d) (1 p) de ori. Deși pe scara decibelilor diferența pare modestă ( față de , adică dB), intensitatea reală este de zece mii de ori mai mare — exact acesta este rostul unei scări logaritmice.
Exercițiul 11. (8 p)
a) (2 p) (1 p pentru scrierea raportului, 1 p pentru rezultat).
b) (2 p) Din rezultă, prin definiția logaritmului zecimal, (2 p) — amplitudinea este de zece milioane de ori amplitudinea de referință.
c) (2 p) Raportul amplitudinilor este
d) (2 p) O creștere de o unitate a magnitudinii înseamnă înmulțirea amplitudinii cu , pentru că magnitudinea este exponentul lui , nu amplitudinea însăși (1 p). Scara logaritmică este utilă fiindcă „strânge" numere care se întind pe multe ordine de mărime (de la la milioane de ) într-un interval mic și comod, de la la , ușor de comparat și de comunicat (1 p).
Exercițiul 12. (8 p) — redactare completă.
a) (2 p) ; ; (căci ); (căci ) — câte p.
b) (2 p) , fiindcă (1 p); și , deci
c) (3 p) Baza este , deci este strict crescătoare pe , iar (1 p). Dacă , din monotonie rezultă , adică (1 p). Dacă , tot din monotonie rezultă , adică (1 p). Geometric: graficul taie axa exact în și urcă, deci este sub axă la stânga acestui punct și deasupra ei la dreapta.
d) (1 p) .
Exercițiul 13. (8 p)
a) (2 p) , pentru că , și , pentru că (1 p); prin urmare (1 p).
b) (3 p) Prin definiția logaritmului, egalitatea este echivalentă cu (1,5 p), deci (1 p). Valoarea obținută este strict pozitivă, deci acceptabilă (0,5 p).
c) (3 p) este număr natural exact atunci când este o putere naturală a lui (1 p): din rezultă . Puterile lui care nu depășesc sunt , , , , (1,5 p), iar . Așadar
Pentru părinți și profesori
Acest test verifică înțelegerea logaritmului ca drum invers al puterii, la nivel de trunchi comun. Sunt evaluate trei lucruri: definiția — este răspunsul la întrebarea „la ce putere trebuie ridicată baza pentru a obține numărul ?" — împreună cu trecerea, în ambele sensuri, între scrierea cu putere și cea cu logaritm; funcția logaritmică — domeniul, imaginea, monotonia dictată de bază, graficul și oglindirea lui față de graficul funcției exponențiale; și aplicațiile, adică scările logaritmice prin care oamenii de știință comprimă numere uriașe: pH-ul în chimie, decibelii în acustică, magnitudinea cutremurelor. Sunt acoperite lecțiile Logaritmul: întrebarea «la ce putere?», Funcția logaritmică și graficul ei, Logaritm natural și logaritm zecimal și Scări logaritmice: pH, decibeli, magnitudine. La acest nivel nu se cer ecuații logaritmice și nici calcule cu proprietățile logaritmului — tot ce apare se poate obține direct din definiție.
- Punctaj total: 100 de puncte (90 de puncte din itemi + 10 puncte din oficiu).
- Timp recomandat: 50 de minute (o oră de curs).
- Cum se aplică: elevul lucrează individual, pe foaie de matematică, cu riglă și fără calculator — toți logaritmii ceruți au valori exacte, obținute din definiție. Se acceptă drept justificare scrierea puterii corespunzătoare (de exemplu „ pentru că "), iar la itemii de încadrare se cere explicit inegalitatea dublă folosită. La final se compară rezolvările cu Baremul și răspunsurile.
- Interpretare: 90–100 p = foarte bine; 75–89 p = bine; 60–74 p = satisfăcător; sub 60 p = se recomandă reluarea lecțiilor unității, cu accent pe traducerea „putere ↔ logaritm" și pe citirea graficului funcției logaritmice.
- Formule de reținut: pentru , și , logaritmul este exponentul cu proprietatea ; cele două scrieri sunt echivalente: . Consecințe imediate din definiție: (fiindcă ), , . Nu există logaritm pentru , pentru că o putere cu bază pozitivă este mereu strict pozitivă. Funcția logaritmică este , : domeniul este , imaginea este , graficul trece întotdeauna prin punctul și are axa drept asimptotă. Monotonia: dacă , funcția este strict crescătoare; dacă , este strict descrescătoare. Graficul lui este simetricul graficului lui față de dreapta (prima bisectoare), pentru că cele două funcții fac drumuri inverse. Notații speciale: (logaritm zecimal) și (logaritm natural, cu ). Scări logaritmice: ; nivelul sonor decibeli, cu W/m²; magnitudinea .
Notă: în barem, cuvântul „itemul" este folosit ca termen de evaluare; la clasă, în vorbirea curentă, spunem „exercițiul".
