Beispiel 7 $$ \log_3 81^{\color{red}4} = {\color{red}4} \cdot \log_3 81 = 4 \cdot 4 = 16 $$ Beispiel 8 $$ \log_7 7^{\color{red}2} = {\color{red}2} \cdot \log_7 7 = 2 \cdot 1 = 2 $$ Beispiel 9 $$ \log_2 1024^{\color{red}3} = {\color{red}3} \cdot \log_2 1024 = 3 \cdot 10 = 30 $$ Potenzregel 2 In Worten: Der Logarithmus einer Wurzel entspricht dem Logarithmus des Radikanten geteilt durch den Wurzelexponenten.
Rechenregeln für den Logarithmus Die Logarithmusrechenregeln gestatten die Vereinfachung von Rechenoperationen und sind deshalb oft der Grund für die Einführung und Behandlung des Logarithmus. Die folgende Übersicht zeigt, wie die Rechenoperationen durch den Übergang zum Rechnen mit Logarithmen "erniedrigt" werden: Der Logarithmusbegriff gründet sich auf den Potenzbegriff, welcher mit einer Fülle von Regeln verknüpft ist (siehe Begleittext " Potenzen und Exponentialfunktionen). Harmonische Reihe – Serlo „Mathe für Nicht-Freaks“ – Wikibooks, Sammlung freier Lehr-, Sach- und Fachbücher. Kein Wunder also, wenn wir diese Regeln zum Verständnis der Logarithmusrechenregeln heranziehen werden müssen. Der Kürze wegen wollen wir sie nur für den (besonders wichtigen) dekadischen Logarithmus beweisen. Zusätzlich notieren wir die entsprechenden Gesetze für den natürlichen und den allgemeinen Logarithmus. Folgerungen aus der Logarithmusdefinition Bevor wir zu den eigentlichen Logarithmusrechenregeln kommen, erläutern wir kurz einige Zahlengleichungen, die direkt aus der Logarithmusdefinition folgen. Diese an sich selbstverständlichen Beziehungen werden wir noch oft benötigen, so dass wir sie in einer Regel zusammenfassen wollen.
Tatsächlich gilt Es gilt sogar noch mehr: Die Differenz strebt gegen eine feste Zahl: Im Kapitel zur Logarithmusfunktion werden wir diese Grenzwerte beweisen. Diese Zahl ist die sogenannte Euler-Mascheroni-Konstante. Sie wurde zum ersten Mal vom Mathematiker Leonhard Euler 1734 verwendet [1]. Bislang konnte nicht bewiesen werden, ob diese Zahl rational oder irrational ist. Niemand weiß es! Alternierende harmonische Reihe [ Bearbeiten] Definition (alternierende harmonische Reihe) Die alternierende harmonische Reihe ist die Reihe Konvergenz [ Bearbeiten] Die Partialsummen der alternierenden harmonischen Reihe Da diese Reihe alternierend ist, d. LP – Rechenregeln für den Logarithmus. die Summanden abwechselnd positives und negatives Vorzeichen haben, nehmen die Partialsummen der Reihe nicht beliebig zu, sondern konvergieren gegen einen festen Wert. Wir zeigen zunächst, dass die Reihe konvergiert, um danach den Grenzwert genauer zu untersuchen. Satz (Konvergenz der alternierenden harmonischen Reihe) Die alternierende harmonische Reihe konvergiert.
Im folgenden gelte x, y, x i, r, a, b > 0 x, y, x_i, r, a, b> 0 und ferner a, b ≠ 1 a, b\neq 1. Konstanten Es gilt stets log b ( 1) = 0 \log_b(1)=0 und log b ( b) = 1 \log_b(b)=1. (1) Produkte log b ( x ⋅ y) = log b x + log b y \log_b (x \cdot y) = \log_b x + \log_b y, (2) bzw. für beliebig viele Faktoren: log b ( x 1 x 2 ⋯ x n) = log b x 1 + log b x 2 + ⋯ + log b x n \log_b(x_1 x_2 \cdots x_n) = \log_b x_1 + \log_b x_2 + \dots + \log_b x_n oder mittels Produkt- und Summenzeichen: log b ∏ i = 1 n x i = ∑ i = 1 n log b x i \log_b\prod\limits_{i=1}^n x_i = \sum\limits_{i=1}^n \log_b x_i\,. Quotienten Es gilt log b 1 y = − log b y \log_b \frac 1 y=-\log_b y. Fasst man Quotienten als Produkte mit dem Faktor y − 1 y^\me auf ergibt sich der Logarithmus eines Quotienten als Differenz der Logarithmen von Dividend und Divisor: log b x y = log b x − log b y \log_b \dfrac xy = \log_b x - \log_b y. Summen und Differenzen Weniger gebräuchlich ist die folgende Formel für Summen (bzw. Differenzen), die man aus Formel (2) herleiten kann, indem man x x ausklammert: x ± y = x ( 1 ± y x) x\pm y = x \left(1\pm \dfrac yx\right)\,, also: log b ( x ± y) = log b x + log b ( 1 ± y x) \log_b (x \pm y) = \log_b x + \log_b \left(1 \pm \dfrac yx\right)\,.
Wie gesagt: Zunächst musst du hierfür lernen, was die Taylorreihe ist. Die Reihe der reziproken Quadratzahlen [ Bearbeiten] Eine weitere sehr "beliebte" und nützliche Reihe ist die Reihe der reziproken Quadratzahlen: Die Reihe der reziproken Quadratzahlen ist konvergent, weil die Folge aller Partialsummen monoton steigend und nach oben beschränkt ist. Sie ist monoton steigend, weil für alle natürlichen Zahlen gilt: Weiter ist für und damit lässt sich auch die Beschränkheit beweisen, denn es gilt: Alternativ kann die Konvergenz mit dem Cauchy-Kriterium bewiesen werden. Das werden wir in der Beispielaufgabe zum Cauchy-Kriterium tun. Es gilt:. Es gibt etliche Möglichkeiten, dies zu zeigen. Allerdings benötigen alle Beweise weiterführende Hilfsmittel wie Taylorreihen, Fourrierreihen oder Integrationstheorie. Siehe hierzu den Wikipedia-Artikel "Basler Problem", in dem diese Reihe und ihr Grenzwert detaillierter besprochen werden. Allgemeine harmonische Reihe [ Bearbeiten] Definition (allgemeine harmonische Reihe) Die allgemeine harmonische Reihe ist die Reihe Dabei ist eine beliebige natürliche Zahl.
Beispiel 13 Gegeben ist der Logarithmus $$ \log_2 8 $$ Dessen Basis wollen wir zur Basis 4 umformen. Es gilt $$ \log_2 8 = \frac{\log_4 8}{\log_4 2} $$ Zurück Vorheriges Kapitel Weiter Nächstes Kapitel
Falls eine beliebige Zahl der Gestalt ist, lautet unsere Regel: Oder, gemäß der Tatsache, dass: Zum Schluß sei noch - um Verwechslungen auszuschließen - erwähnt, dass sich der Ausdruck nicht weiter vereinfachen läßt. Ergänzungen Beim Rechnen mit Logarithmen können recht komplizierte Ausdrücke auftreten, die sich aber teilweise erheblich vereinfachen lassen. Dabei wird Ihnen folgende Beziehung eine große Hilfe sein: Diese Gleichung ist eigentlich nichts anderes als Anwendungen der Definition 2 und der Regel 1: wird als Potenz von 10 geschrieben: ist der Logarithmus von: Dies wird in die Potenzdarstellung aus Schritt 1 eingesetzt: Wir erhalten also allgemein: Regel 6: Übung:
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