Logaritma ve Diziler

Logaritmik Denklemler Nasıl Çözülür?

AYT10 dakikalık okuma

Logaritmik denklemler: hızla yükselen ahşap basamaklar üzerinde kırmızı iple aynı seviyeyi işaretleyen öğrenci

Logaritmik denklemlerde bilinmeyen bir logaritmanın içinde ya da tabanında bulunur. Bu denklemler logaritmanın tanımı ve kurallarıyla üslü ya da cebirsel denklemlere çevrilerek çözülür, ama her kökün tanım koşullarını sağlayıp sağlamadığı ayrıca kontrol edilir. Bu yazıda tanım koşulunun önemini, tanıma dönüşü, iki tarafı eşit logaritma olan denklemleri, kurallarla birleştirmeyi, değişken değiştirmeyi, tabanı bilinmeyen denklemleri, logaritma ile çözülen üstel denklemleri, logaritmalı eşitsizlikleri ve büyüme ile azalma problemlerini çözümlü örneklerle ele alıyoruz.


Logaritmik denklem nedir?

Önce şunları bil

Bu yazıyı daha rahat anlamak için logaritmanın tanımını ve logaritma kurallarını biliyor olman yeterli.

Temel bilgiler için Logaritma Konu Anlatımı ve Logaritma Kuralları ve Formülleri yazılarına göz at.

Bilinmeyeni bir logaritmanın içinde ya da tabanında bulunan denklemlere logaritmik denklem denir. log2(x+1)=3 ya da logx16=2 birer logaritmik denklemdir. Bu denklemler, logaritma üslü biçime çevrilerek ya da kurallarla tek bir logaritmada toplanarak çözülür.

Kapaktaki öğrenci hızla yükselen basamakların üzerinde kırmızı bir iple belirli bir seviyeyi işaretliyor. Logaritmik denklem de aynı soruyu sorar: katlanarak büyüyen bir nicelik tam olarak hangi adımda istenen seviyeye ulaşır?

Önce tanım koşulu

Logaritmik denklemlerin en önemli adımı çözümün başında yapılır: logaritması alınan her ifade pozitif, her taban pozitif ve 1 den farklı olmalıdır. Bu koşullar denklemin tanım kümesini belirler.

Cebirsel işlemler sırasında tanım kümesi genişleyebilir; örneğin iki logaritma çarpım kuralıyla birleştirildiğinde tek tek negatif olan iki ifadenin çarpımı pozitif olabilir. Bu yüzden bulunan her kök, başta yazılan koşullarla karşılaştırılmalıdır.

Hap bilgi

Kökü bulduktan sonra tanım koşulunda dene.

Koşulu sağlamayan kök, cebirsel olarak doğru görünse de çözüm değildir.

Tanıma dönüş

Denklem logaf(x)=b biçimindeyse tanım doğrudan uygulanır: f(x)=ab. Bu en temel yöntemdir ve diğer yöntemlerin çoğu sonunda bu biçime ulaşır.

Örnek

log3(2x+1)=2 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Tanım koşulu: 2x+1>0. Tanımdan 2x+1=32=9 olur.

x=4 bulunur; 2·4+1=9>0 olduğundan çözüm geçerlidir.

Örnek

log(x2−15)=1 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Taban 10 dur: x2−15=10, yani x2=25.

x=5 ya da x=−5; ikisinde de x2−15=10>0 olduğundan iki kök de çözümdür.

İki tarafta eşit tabanlı logaritma

Denklem logaf(x)=logag(x) biçimindeyse logaritma fonksiyonu birebir olduğu için içler eşitlenir: f(x)=g(x). Ancak bulunan kök hem f(x) i hem g(x) i pozitif yapmalıdır.

Örnek

log5(x+3)=log5(2x−1) denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

İçler eşitlenir: x+3=2x−1, yani x=4.

x+3=7>0 ve 2x−1=7>0 olduğundan x=4 çözümdür.

Örnek

log2(x2−3x)=log2(x−3) denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

x2−3x=x−3, yani x2−4x+3=0 ve (x−1)(x−3)=0 olur.

x=1 için x−3=−2<0, x=3 için x−3=0 olduğundan iki kök de atılır; denklemin çözümü yoktur.

Kare içeren logaritma

Logaritmanın içinde bir kare varsa, ifadenin pozitif olması için karesi alınan ifadenin sıfırdan farklı olması yeter. Bu yüzden karenin logaritması ile logaritmanın iki katı farklı çözüm kümeleri verebilir.

Örnek

log3(x−1)2=2 ve 2log3(x−1)=2 denklemleri verilsin.

İki denklemi çözüp karşılaştıralım.

Birincide koşul x≠1 dir: (x−1)2=9, yani x=4 ya da x=−2; iki kök de çözümdür.

İkincide koşul x>1 dir: log3(x−1)=1, yani x=4 tek çözümdür.

İç içe logaritmalar

İç içe logaritmalar dıştan içe doğru çözülür. Her adımda tanım uygulanır ve bir önceki logaritmanın değeri bulunur; en sonda bilinmeyene ulaşılır.

Örnek

log2(log3(log4x))=0 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

En dıştaki logaritma: log3(log4x)=20=1. Ortadaki: log4x=31=3.

En içteki: x=43=64 bulunur.

Kurallarla birleştirme

Aynı tabanlı birden fazla logaritma varsa çarpım ve bölüm kurallarıyla tek bir logaritmada toplanır. Sonra tanıma dönülür ve cebirsel denklem çözülür.

Örnek

log2x+log2(x−2)=3 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Tanım koşulu: x>2. Çarpım kuralıyla x(x−2)=23=8, yani x2−2x−8=0 ve (x−4)(x+2)=0.

x=−2 koşulu sağlamaz; çözüm x=4 tür.

Örnek

log(x+1)−log(x−1)=log3 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Tanım koşulu: x>1. Bölüm kuralıyla x+1x−1=3 olur.

x+1=3x−3, yani x=2 bulunur ve koşulu sağlar.

Katsayılı logaritmalar

Logaritmanın önünde katsayı varsa kuvvet kuralıyla üsse taşınır. Böylece her iki taraf da katsayısız tek bir logaritmaya indirilir.

Örnek

2log3x=log3(x+6) denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Tanım koşulu: x>0. Kuvvet kuralıyla log3x2=log3(x+6), yani x2=x+6 ve (x−3)(x+2)=0.

x=−2 koşulu sağlamaz; çözüm x=3 tür.

Dikkat

Katsayıyı üsse taşırken tanım kümesini değiştirmek.

Denklemdeki 2log3x yalnızca x>0 için tanımlıdır, ama log3x2 her x≠0 için tanımlıdır. Bu yüzden x=−2 kökü ikinci biçimde denklemi sağlar gibi görünür; asıl denklemin koşulu x>0 olduğu için atılmalıdır.

Farklı tabanları eşitlemek

Denklemde farklı tabanlı logaritmalar varsa, tabanın kuvveti kuralı ya da taban değiştirme formülüyle hepsi aynı tabana getirilir. Tabanlar aynı asal sayının kuvvetleriyse en küçük taban seçilir.

Örnek

log2x=log4(x+2) denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Tanım koşulu: x>0. log4(x+2)=12log2(x+2) olduğundan 2log2x=log2(x+2), yani x2=x+2.

(x−2)(x+1)=0; x=−1 atılır, çözüm x=2 dir.

Değişken değiştirme

Denklemde aynı logaritmanın hem karesi hem kendisi varsa, logaritma yeni bir değişkenle gösterilir. Denklem ikinci dereceden olur ve bulunan her kök ayrı bir logaritma denklemi verir.

Örnek

(log2x)2−3log2x+2=0 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

log2x=t yazılırsa t2−3t+2=0, yani (t−1)(t−2)=0.

t=1 için x=2, t=2 için x=4 bulunur.

Örnek

log3x+logx3=52 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

logx3=1log3x olduğundan t+1t=52 olur; buradan 2t2−5t+2=0 ve (2t−1)(t−2)=0.

t=2 için x=9, t=12 için x=3 bulunur.

Tabanda bilinmeyen

Bilinmeyen tabandaysa denklem yine üslü biçime çevrilir. Bu kez tabanın pozitif ve 1 den farklı olma koşulu kontrol edilir.

Örnek

logx16=2 ve logx−19=2 denklemleri verilsin.

Denklemleri çözelim.

Birincide x2=16, yani x=±4; taban pozitif olmalı, çözüm x=4 tür.

İkincide (x−1)2=9, yani x−1=±3; taban pozitif olmalı, x−1=3 ve x=4 bulunur.

Taban ve sayıda bilinmeyen

Bilinmeyen hem tabanda hem de logaritması alınan ifadede bulunabilir. Tanım uygulanınca cebirsel bir denklem elde edilir; köklerden tabanı pozitif ve 1 den farklı yapan ve içteki ifadeyi pozitif yapanlar alınır.

Örnek

logx(2x+3)=2 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

Tanımdan x2=2x+3, yani x2−2x−3=0 ve (x−3)(x+1)=0.

x=−1 taban olamaz; x=3 için taban 3, içteki ifade 9 olur ve çözüm geçerlidir.

Kökler toplamı ve çarpımı

Değişken değiştirmeyle çözülen denklemlerde kökler toplamı ya da çarpımı sorulabilir. Yardımcı değişkenin kökleri toplanırken asıl köklerin çarpımı ortaya çıkar; çünkü logaritmaların toplamı çarpımın logaritmasıdır.

Örnek

(log2x)2−5log2x+6=0 denklemi verilsin.

Köklerin toplamını ve çarpımını bulalım.

log2x=t yazılırsa (t−2)(t−3)=0; x=4 ve x=8 bulunur.

Kökler toplamı 12, çarpımı 32 dir; çarpım 22+3=25 olarak da yazılabilir.

Üslü ve logaritmalı birlikte

Bazı denklemlerde bilinmeyen hem tabanda hem üste logaritma olarak bulunur. Bu durumda iki tarafın logaritması alınır ve denklem logaritmaya göre ikinci dereceden bir denkleme dönüşür.

Örnek

xlogx=100x denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

İki tarafın onluk logaritması alınır: (logx)2=2+logx. logx=t yazılırsa t2−t−2=0, yani (t−2)(t+1)=0.

t=2 için x=100, t=−1 için x=110 bulunur; iki değer de pozitif olduğundan ikisi de çözümdür.

Logaritmalı denklem sistemleri

İki bilinmeyenli logaritmalı denklem sistemlerinde logaritmalar birer yeni değişken gibi düşünülür. Böylece sistem doğrusal bir sisteme dönüşür; bulunan logaritma değerlerinden sayılara tanım yoluyla geçilir.

Örnek

logx+logy=3 ve logx−logy=1 sistemi verilsin.

Sistemi çözelim.

logx=u ve logy=v yazılırsa u+v=3 ve u−v=1 olur; buradan u=2 ve v=1.

x=102=100 ve y=101=10 bulunur; ikisi de pozitif olduğundan çözüm geçerlidir.

Üstel denklemler ve logaritma

Bilinmeyeni üste olan denklemlerde iki taraf aynı tabana getirilemiyorsa logaritma alınır. Böylece üs, kuvvet kuralıyla logaritmanın önüne iner ve doğrusal bir denklem kalır.

Örnek

5x=3 ve 2x=3x−1 denklemleri verilsin.

Denklemleri çözelim.

Birincinin çözümü doğrudan x=log53 olur.

İkincide iki tarafın doğal logaritması alınır: xln2=(x−1)ln3, buradan x=ln3ln3−ln2, yaklaşık 2,71 olur.

Sabit çarpanlı üstel denklem

Üssünde sabit bir ekleme bulunan denklemlerde önce üs kuralıyla sabit çarpan ayrılır. Sonra kalan kuvvet yalnız bırakılır ve logaritma alınır.

Örnek

2x+1=5 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

2·2x=5, yani 2x=52 olur.

Çözüm x=log252=log25−1 olur; 2<52<4 olduğundan x, 1 ile 2 arasındadır.

Aynı tabana getirme

Üstel denklemde iki taraf aynı tabanın kuvveti olarak yazılabiliyorsa logaritmaya gerek kalmaz; üsler eşitlenir. Üsler içinde aynı kuvvetin farklı katları varsa değişken değiştirme uygulanır.

Örnek

4x=8 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

22x=23 olur.

2x=3, yani x=32 bulunur.

Örnek

9x−4·3x+3=0 denklemi verilsin.

Denklemi çözelim.

3x=t yazılırsa 9x=t2 olur ve t2−4t+3=0, yani (t−1)(t−3)=0.

3x=1 için x=0, 3x=3 için x=1 bulunur.

Grafikle çözüm

Cebirsel olarak çözülemeyen bazı denklemlerin çözümü grafikle bulunur ya da sayılır. İki tarafın grafikleri çizilir; kesişim noktalarının apsisleri denklemin çözümleridir.

xy-112345-3-2-1123450y = log2 xy = 3 - x
y = log2 x ile y = 3 - x doğrusunun kesişimi

Grafikte artan logaritma eğrisi ile azalan doğru yalnızca bir kez kesişir; bu nokta (2,1) dir. Gerçekten log22=1=3−2 olur. Biri artan diğeri azalan iki fonksiyonun en fazla bir kez kesişmesi, çözümün tek olduğunu da gösterir.

Logaritmalı eşitsizlikler

Logaritmalı eşitsizliklerde iki kural birlikte uygulanır: tanım koşulu yazılır ve taban 1 den büyükse yön korunur, 0 ile 1 arasındaysa yön değişir. Çözüm kümesi bu iki koşulun kesişimidir.

Örnek

log2(x−1)<3 eşitsizliği verilsin.

Çözüm kümesini bulalım.

Tanım koşulu x>1; taban 1 den büyük olduğundan x−1<8, yani x<9.

Çözüm kümesi (1,9) aralığıdır.

Örnek

log1/3x>2 eşitsizliği verilsin.

Çözüm kümesini bulalım.

Taban 1 den küçük olduğundan yön değişir: x<(13)2=19.

Tanım koşuluyla birlikte çözüm kümesi (0,19) aralığıdır.

Kurallı eşitsizlik

Birden fazla logaritma içeren eşitsizlikler, denklemlerde olduğu gibi önce tek bir logaritmada birleştirilir. Tanım koşulu, birleştirmeden önceki ifadelere göre yazılmalıdır.

Örnek

logx+log(x−3)≤1 eşitsizliği verilsin.

Çözüm kümesini bulalım.

Tanım koşulu x>3. Birleştirince x(x−3)≤10, yani x2−3x−10≤0 ve (x−5)(x+2)≤0, buradan −2≤x≤5.

Tanım koşuluyla kesişim alınınca çözüm kümesi (3,5] aralığı olur.

Uygulama: bileşik faiz

Bileşik faizde para her dönem aynı oranda büyür; paranın belirli bir tutara ulaşması için gereken süre logaritma ile bulunur. Süre tam sayı olmak zorundaysa bulunan değer yukarı yuvarlanır.

Örnek

1000 TL yıllık yüzde 10 bileşik faizle yatırılıyor.

Paranın ilk kez 2000 TL yi geçtiği yılı bulalım.

1000·1,1n≥2000 olmalı, yani 1,1n≥2 ve n≥log2log1,1 olur.

Bu oran yaklaşık 7,27 olduğundan para 8 yıl sonunda iki katını geçer.

Faiz hesaplarının ayrıntısı için Faiz Problemleri Nasıl Çözülür? yazısına bakabilirsin.

Uygulama: nüfus artışı

Sabit sürelerde iki katına çıkan bir niceliğin belirli bir değere ulaşma zamanı da logaritmik bir denklemle bulunur.

Örnek

Bir bakteri kolonisinin sayısı N(t)=100·2t/3 ile veriliyor; t saat cinsindendir.

Koloninin 1600 bakteriye ulaştığı zamanı bulalım.

100·2t/3=1600 ise 2t/3=16=24 olur.

t3=4, yani t=12 saat bulunur.

Uygulama: yarılanma süresi

Radyoaktif maddeler sabit bir sürede yarıya iner; bu süreye yarılanma süresi denir. Kalan miktarın belirli bir değere inme zamanı, tabanı 12 olan bir üstel denklemle bulunur.

Örnek

Yarılanma süresi 5 yıl olan bir maddeden 80 gram var; t yıl sonra kalan miktar m(t)=80·(12)t/5 gramdır.

Madde 10 grama kaç yılda iner?

80·(12)t/5=10 ise (12)t/5=18=(12)3 olur.

t5=3, yani t=15 yıl bulunur.

Yöntem seçimi

Denklemin görünüşü hangi yöntemin kullanılacağını söyler. Aşağıdaki tablo en sık karşılaşılan biçimleri ve ilk adımı özetler:

Denklemin biçimiİlk adım
logaf(x)=bTanıma dön: f(x)=ab
logaf(x)=logag(x)İçleri eşitle
Birden fazla logaritmaKurallarla birleştir
Farklı tabanlarAynı tabana getir
Logaritmanın karesiDeğişken değiştir
ax=b, ortak taban yokLogaritma al

Hangi yöntem seçilirse seçilsin son adım aynıdır: bulunan kökler tanım koşulunda denenir. Birden fazla yöntem gerekiyorsa sıra genellikle aynıdır: önce tabanlar eşitlenir, sonra logaritmalar birleştirilir, en sonda tanıma dönülür.

Sınavda logaritmik denklemler

Sınavda nasıl çıkar

İleri düzeyde (AYT) logaritmik denklemler; kökler toplamı, çözüm kümesi, değişken değiştirme, tabanı bilinmeyen denklemler ve eşitsizlikler biçiminde karşına çıkabilir.

Bileşik faiz ve büyüme problemleri de bu yöntemlerle çözülür.

Kökler toplamı ya da çarpımı sorulduğunda, tanım koşulunu sağlamayan kökler hesaba katılmaz. Bu yüzden ikinci dereceden denklemin katsayılarından doğrudan toplam yazmak yerine kökleri tek tek bulup denemek daha güvenlidir.

Sık yapılan hatalar

HataDoğrusu
Kökleri tanım koşulunda denememekHer kök denenir
log(x+y)=logx+logy yazmakToplamın logaritması açılmaz
2logx yerine logx2 yazıp koşulu genişletmekAsıl denklemin koşulu geçerli
Tabanda negatif kökü kabul etmekTaban pozitif ve 1 den farklı
Tabanı 1 den küçük eşitsizlikte yönü korumakYön değişir
Faiz süresini aşağı yuvarlamakTam dönem için yukarı yuvarlanır

Logaritmik denklemlerdeki hataların neredeyse tamamı tanım kümesiyle ilgilidir. Çözüme başlarken koşulları yazmak ve sonunda her kökü bu koşullarla karşılaştırmak bu hataları önler.

Hap bilgi özeti

  1. Kökü bulduktan sonra tanım koşulunda dene.

    Koşulu sağlamayan kök, cebirsel olarak doğru görünse de çözüm değildir.

Sık sorulanlar

Logaritmik denklem nedir?

Bilinmeyenin bir logaritmanın içinde ya da tabanında bulunduğu denklemdir. Örneğin log3(2x + 1) eşittir 2 bir logaritmik denklemdir.

Logaritmik denklemde kökler neden kontrol edilir?

Kurallarla birleştirme sırasında tanım kümesi genişleyebilir. Bulunan kök logaritması alınan ifadeyi negatif ya da sıfır yapıyorsa çözüm değildir.

İki tarafı logaritma olan denklem nasıl çözülür?

Tabanlar aynıysa içler eşitlenir. Bulunan kök iki taraftaki ifadeyi de pozitif yapmalıdır.

Üstel denklem logaritma ile nasıl çözülür?

İki tarafın logaritması alınır ve üs, kuvvet kuralıyla logaritmanın önüne indirilir. Örneğin 5 üzeri x eşittir 3 ise x eşittir log5 3 tür.

Logaritmalı eşitsizlikte yön ne zaman değişir?

Taban 0 ile 1 arasındaysa logaritma azalan olduğu için eşitsizliğin yönü değişir. Taban 1 den büyükse yön korunur.

Para kaç yılda iki katına çıkar?

Yıllık yüzde 10 bileşik faizde log 2 nin log 1.1 e bölümü yaklaşık 7.27 olduğundan para 8 yıl sonunda iki katını geçer.

Logaritmik denklemin çözümü olmayabilir mi?

Evet. Bulunan bütün kökler tanım koşulunu sağlamıyorsa denklemin çözüm kümesi boştur. Bu yüzden kökler her zaman asıl denklemde denenir.

Kontrol listesi

0 / 10 tamamlandı

Bunlar da ilgini çekebilir

Bu yazıyı paylaş

WhatsAppX
✕