domingo, 30 de novembro de 2014

Equações Logarítimicas

O que é?
Quando temos uma igualdade entre logaritmos, variáveis ou números reais, temos consequentemente uma equação logarítmica.
Um exemplo muito simples de uma equação logarítmica é este aqui:


Tipo 1 de equações logarítmicas:
Neste exemplo, temos uma equação logarítmica onde há uma igualdade entre um logaritmo e uma incógnita.
Para resolver esse tipo de equação, aplicamos a definição dos logaritmos vista na aula 1 sobre o assunto, então:


Resolvendo primeiramente log de 125 na base 5, temos:


A equação então fica:


Aqui você pode aplicar a propriedade da potência, e passar aquele 3 no denominador para o numerador e fazer com que seu expoente fique negativo, então:


Cancelando as bases iguais:


E multiplicando os dois membros da equação por (-1) tenha:


Portanto a solução para esta equação é: S={-3}


Outro exemplo mais simples ainda deste tipo de equação é o seguinte:


Aqui nós temos uma igualdade entre um logaritmo e um número real.

Primeiramente vamos nos recordar das Condições de Existência dos logaritmos, onde o logaritmando deve ser maior que zero.

Portanto:

x² - 1 > 0

Para resolver uma equação deste tipo, basta novamente aplicar a definição dos logaritmos:


E passando aquele 3¹ (que na verdade é apenas 3) para o outro lado da igualdade:


Somando os termos semelhantes:


Portanto temos uma equação de segundo grau incompleta, onde b = 0.
Para resolver essa equação, basta passar o termo independente para o outro lado da igualdade:


E o expoente de ''x'' ao passar para o outro lado da igualdade, torna-se uma raiz quadrada:


Portanto:


Ou seja, nossas raízes da equação são: -2 e 2.
Mas antes de criar o conjunto da solução, precisamos ''testar'' nossas duas raízes na condição de existência dessa equação, que seria:

x² - 1 > 0

Testando -2, primeiramente:

(-2)² - 1 > 0
4 - 1 > 0
3 > 0

3 é maior que zero, portanto a raiz ''-2'' serve para a equação.

Testando a raiz ''2'' agora:

2² - 1 > 0
4 - 1 > 0
3 > 0

Inequação verdadeira! Então as raízes -2 e 2 servem para a equação:

S={-2; 2}

Veja outro exemplo deste tipo de equação:


Neste exemplo temos uma igualdade entre um número real e logaritmos de mesma base.

Novamente temos uma incógnita no logaritmando, portanto devemos aplicar a C.E (Condição de existência) para o logaritmando, onde:

x + 2  > 0 

E também:

x - 2 > 0

Vamos resolver a equação aplicando a definição: Como não temos a base escrita, então tratam-se de logaritmos decimais, então:


Então resolvendo a equação temos:


Portanto a raiz da equação é 5.
Vamos testá-la na C.E?

x + 2 > 0
5 + 2 > 0
7 > 0

E testando também em:

x - 2 > 0
5 - 2 > 0
3 > 0

Tudo correto, portanto a solução desta equação é 5:
S = {5}

Outro exemplo desse tipo de equação:


Novamente temos uma igualdade entre logaritmos de mesma base e um número real.
Aplicando a C.E do logaritmando:

x - 3 > 0

E resolvendo a equação através da definição:


Portanto a raiz da equação é 7.
Vamos verificar se 7 se aplica a condição de existência:

x - 3 > 0
7 - 3 > 0
4 > 0

Tudo correto!!

Veremos mais este outro exemplo um pouco mais ''complexo'':


Essa equação caiu na PUC do Rio Grande do Sul e trata-se de uma igualdade entre um número real e um  logaritmo onde temos uma incógnita na base e no logaritmando.

A C.E aplica-se ao logaritmando, onde:

10 + 3x > 0

E para a base, onde a mesma deve ser de positiva e diferente 1:

 1
x  > 0

Resolvendo essa equação pela definição:


Re-organizando a equação de 2o grau:


Encontrando as raízes reais:




Então temos duas raízes para a equação: 5 e -2.
Testando o 5 na C.E para o logaritmando, temos:

10 + 3x > 0

10 + 3*5 > 0
10 + 15 > 0
25 > 0

E agora testando o -2:

10 + 3(-2) > 0
10 - 6 > 0
4 > 0

5 e -2 servem para o logaritmando, mas ambas raízes devem servir também para a base:

 1
x  > 0

Testando o 5 primeiro:

 1
5 > 0

Certo! E quanto ao -2?

-2  1 Até aqui tudo bem, porém:
-2 > 0 Essa inequação é falsa, pois -2 é menor que zero. Portanto a raiz ''-2'', apesar de servir no logaritmando, não serve para a base.
Então concluímos que a solução é apenas 5: S={5}

Tipo 2 de equações logarítmicas:
Outro Exemplo mais simples de equações logarítmicas que você poderá se deparar, são aquelas equações onde temos uma igualdade entre logaritmos de mesma base, por exemplo:


A C.E para o logaritmando deve ser:

2x + 4 > 0

e

3x + 1 > 0

Em casos como este, para solucionar uma equação logarítmica deste tipo, ou seja, uma igualdade entre logaritmos de mesma base, basta  ''esquecer'' a base e resolver apenas a equação, assim:

2x + 4 = 3x + 1
2x - 3x = 1 - 4
- x = -3
x = 3

E verificando na condição de existência essa raiz:

2x + 4 > 0
2*3 + 4 > 0
6 + 4 > 0
10 > 0

E também:

3x + 1 > 0
3*3 + 1 > 0
9 + 1 > 0
10 > 0

Inequações verdadeiras, portanto: S={3}

Agora iremos resolver:



C.E:

3x + 2 > 0

e

2x + 5 > 0

Ignorando as bases iguais, teremos a equação:

3x + 2 = 2x + 5

Resolvendo:

3x - 2x = 5 - 2
x = 3

Verificando a raiz na condição de existência:

3x + 2 > 0
(3*3) + 2 > 0
9 + 2 > 0
11 > 0

e

2x +  5 > 0
(2*3) + 5 > 0
6 + 5 > 0
11 > 0

Inequações verdadeiras.

Tipo 3 de equações logarítmicas:
Por último, o terceiro tipo de equação logarítmica que você poderá encontrar é o seguinte: Equações que devemos utilizar as propriedades dos logaritmos!

Por exemplo, simplifique essa equação genérica:



Perceba que podemos aplicar inversamente as propriedades dos logaritmos, nas condições abaixo:



Em vermelho, podemos aplicar a propriedade da potência, em verde a propriedade do produto e em azul a propriedade do quociente, já que todos os logs estão na mesma base 5.
Fazendo um de cada, teremos assim:

Propriedade do produto:



Propriedade do quociente:



Propriedade da potência:



E aí está!

Agora que sabe que pode aplicar as propriedades dos logaritmos nas equações (de acordo com suas necessidades) resolva a seguinte equação:



Primeiramente lembre-se da C.E para o logaritmando:

x + 8 > 0

e

x - 6 > 0

Agora vamos resolver a equação.
Percebeu que temos uma subtração de logaritmos de mesma base? Pois então, podemos simplificar essa equação e transformá-la numa divisão de logaritmos de mesma base:



Agora que temos uma igualdade entre um logaritmo e um número real, podemos aplicar a definição de logaritmos, pois agora temos o caso de equação do tipo 1:



E finalmente:



Agora você pode se livrar do denominador da fração que está dividindo, passando para o outro lado da igualdade multiplicando, então:



Aplicando a propriedade distributiva:



Resolvendo a equação de primeiro grau:



Então se ''x'' é 8, vamos testá-lo na condição de existência:

C.E:

8 + 8 > 0

e

8 - 6 > 0

Inequações verdadeiras, portanto a solução da equação é: S={8}

Verifique na equação para se certificar se está correto, substitua ''x'' por 8 e veja:



8+8  = 16 e 8-6 = 2, então temos:



Log de 16 na base 2 é 4 e log de 2 na base 2 é 1, então:



Equação verdadeira.

E temos também os casos que devemos aplicar a quarta propriedade logarítmica, e isso quando temos uma igualdade entre logaritmos de bases diferentes e um número real (ou uma incógnita), por exemplo:



Você viu que há como resolver as equações de duas maneiras diferentes: Aplicando a definição, ou simplesmente ignorando as bases (que devem ser iguais) mas e o que fazer em casos como este, em que temos bases diferentes?

Primeiramente vamos aplicar a quarta propriedade dos logaritmos: A propriedade da mudança de base.

Veja que neste caso temos duas bases diferentes nesses logaritmos: Base 3 e base x.


Vamos mudar a base deste logaritmo que contia uma incógnita em sua base, no caso, log de 9 na base x.

Aqui, a melhor base a ser escolhida é a base 3, que aparece em outro logaritmo nessa mesma equação, então aplicando a propriedade teremos:




Agora vamos resolver log de 9 na base 3:





A equação fica assim:







Neste momento nós podemos utilizar o artificio da equação (visto na aula anterior sobre logaritmos) para substituir log de x na base 3 (que aparece duas vezes na equação) por uma variável qualquer, por exemplo ''y'':


Então dizemos que:





Nossa equação fica assim:





Eliminando o denominador da fração, teremos:






Nesta equação do 2o grau, podemos aplicar Bháskara:










Então encontramos duas soluções para ''y'': -1 e 2.

Vamos verificar se ambas poderão satisfazer a equação?
Lembrando nosso artifício:



Vamos verificar primeiramente ''2'' para ''y'':




Segundo a C.E para o logaritmando:


x > 0


Se ''9'' é ''x'', então:


9 > 0


E devemos aplicar a C.E para a base também pois, temos uma incógnita na base também. A C.E para a base é:


x > 0

 1

Então:


9 > 0 e 9  1


Tudo certo! Então ''9'' é uma das soluções para a equação.

Iremos verificar agora ''-1'':



C.E do logaritmando:


1/3 > 0


Certo, porque 1/3 = aproximadamente à 0.34 (que é maior que zero, sim)


E para a base:


1/3 > 0 e 1/3 ≠ 1


Então ''-1'' também é a raiz da equação, fazendo com que o conjunto solução seja: S={1/3; 9}


Se quiser verificar a verdade da equação, substitua ''x'' por 9 ou 1/3 nas equações e verifique por si só:


Substituindo 9 por ''x'':




Log de 9 na base 3 é dois (como visto neste mesmo exercício) e log de 9 na base 9 é 1, então:




Equação verdadeira!

E agora, substituindo ''x'' por 1/3:



Vamos calcular log de 1/3 na base 3:




E encontrar log de 9 na base 1/3:




Então a equação fica assim:


-1 = 1 + (-2)

-1 = 1 - 2
-1 = -1

Equação verdadeira também! Portanto, as raízes estão corretas.





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