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MatemáticaÁlgebra y Funciones5° añoSin empezar

Función logarítmica

Todavía sin progreso tuyo. Los estados que ves son el punto de partida de cualquiera, no una medición tuya. En cuanto practiques, esto pasa a mostrar tu dominio real.

Qué necesitás antes

Estos temas encadenan: conviene tenerlos firmes antes de seguir.

La lección

La función logarítmica: la inversa de la exponencial

La operación logaritmo devuelve un exponente; la función logarítmica estudia cómo cambia ese resultado cuando varía la entrada. Su dominio, su gráfico, su asíntota y su relación con la exponencial permiten analizarla como una función completa.

La idea

En Logaritmos aprendiste a calcular, usar propiedades y despejar exponentes. Acá el foco cambia: f(x)=log⁡bxf(x)=\log_b x es una máquina cuyo comportamiento se analiza para todas las entradas permitidas. Es la inversa de la exponencial, y por eso su gráfico es el reflejo del gráfico exponencial respecto de y=xy=x.

Qué vas a aprender

  • Qué es la función logarítmica y por qué solo vive en los positivosconcepto

    La función logarítmica de base bb es f(x)=log⁡bxf(x)=\log_b x, donde la base cumple b>0b>0 y b≠1b\neq 1. Recordá que log⁡bx\log_b x es "el exponente al que hay que elevar bb para obtener xx". Por ejemplo, con base 2: log⁡28=3\log_2 8 = 3 porque 23=82^3=8, y log⁡2(12)=−1\log_2\left(\frac{1}{2}\right)=-1 porque 2−1=122^{-1}=\frac{1}{2}.

    El dominio es solo los reales positivos: x>0x>0. ¿Por qué? Porque cualquier potencia de una base positiva da un resultado positivo: no existe ningún exponente que haga que 2?2^{?} sea 0 o negativo. Entonces log⁡20\log_2 0 y log⁡2(−4)\log_2(-4) no existen. En cambio, la imagen (los valores que la función devuelve) es todo R\mathbb{R}: el resultado puede ser positivo, cero o negativo.

  • Es la inversa de la exponencial (y por eso es su espejo)concepto

    La función logarítmica y la exponencial son inversas: escribir y=log⁡bxy=\log_bx equivale a x=byx=b^y. La exponencial recibe un exponente y devuelve la potencia; la logarítmica recibe la potencia y devuelve el exponente.

    Sus gráficos son reflejos respecto de y=xy=x. La logarítmica pasa por (1,0)(1,0) porque log⁡b1=0\log_b1=0, y por (b,1)(b,1) porque log⁡bb=1\log_bb=1. Tiene una asíntota vertical en x=0x=0: nunca toca el eje yy. Si b>1b>1, cuando x→0+x\to0^+ se cumple f(x)→−∞f(x)\to-\infty; si 0<b<10<b<1, se cumple f(x)→+∞f(x)\to+\infty. Los dos comportamientos son consistentes con la base permitida y con la inversión de la exponencial correspondiente.

  • Reconocer si crece o decrece según la base, y armar el gráficométodo

    Todo depende de la base. Si b>1b>1, la función es creciente: es negativa para 0<x<10<x<1, vale cero en x=1x=1 y es positiva para x>1x>1. Si 0<b<10<b<1, es decreciente y los signos se invierten: es positiva para 0<x<10<x<1, cero en 11 y negativa para x>1x>1. En ambos casos el dominio es x>0x>0, la imagen es R\mathbb{R}, hay asíntota vertical en x=0x=0 y la curva pasa por (1,0)(1,0).

    Para que la salida cambie en una unidad, la entrada se multiplica por la base. En log⁡2x\log_2x, pasar de y=1y=1 a y=2y=2 lleva xx de 22 a 44. Para graficar conviene usar potencias enteras de la base, incluidas las de exponente negativo, porque producen valores exactos de yy.

  • Leer imágenes, preimágenes e interseccionesmétodo

    Una imagen es el valor de salida para una entrada del dominio. En f(x)=log⁡3xf(x)=\log_3 x, f(81)=4f(81)=4 porque el punto (81,4)(81,4) pertenece al gráfico. Una preimagen invierte la pregunta: si f(x)=4f(x)=4, entonces x=34=81x=3^4=81. Este lenguaje conecta la expresión, una tabla y los puntos del gráfico.

    El corte con el eje xx se obtiene imponiendo f(x)=0f(x)=0: log⁡bx=0\log_b x=0 da x=b0=1x=b^0=1. La función básica no corta el eje yy, porque x=0x=0 queda fuera del dominio. Resolver ecuaciones logarítmicas con propiedades pertenece al tema Logaritmos; acá esas cuentas se usan solo para leer rasgos de la función.

  • Encontrar el dominio cuando adentro del logaritmo hay una expresión con xmétodo

    Cuando dentro del logaritmo hay una expresión con xx (por ejemplo log⁡2(x−3)\log_2(x-3)), la regla del dominio sigue siendo la misma: lo que está adentro del logaritmo tiene que ser positivo. Solo que ahora hay que plantear una inecuación. Para g(x)=log⁡2(x−3)g(x)=\log_2(x-3) pedimos x−3>0x-3>0, o sea x>3x>3; el dominio es el intervalo (3,+∞)(3,+\infty).

    Esto también corre la asíntota vertical: ya no está en x=0x=0 sino en x=3x=3, justo donde el argumento se hace 0. En general, la gráfica de log⁡b(x−a)\log_b(x-a) es la de log⁡bx\log_b x desplazada aa unidades hacia la derecha.

Ejemplos resueltos

  • Queremos graficar f(x)=log⁡2xf(x)=\log_2 x. Armamos una tabla eligiendo valores de xx que sean potencias de 2, para que las cuentas den prolijas: x=14⇒y=log⁡214=−2x=\frac{1}{4}\Rightarrow y=\log_2\frac{1}{4}=-2 (porque 2−2=142^{-2}=\frac{1}{4}); x=12⇒y=−1x=\frac{1}{2}\Rightarrow y=-1; x=1⇒y=0x=1\Rightarrow y=0; x=2⇒y=1x=2\Rightarrow y=1; x=4⇒y=2x=4\Rightarrow y=2; x=8⇒y=3x=8\Rightarrow y=3. Ubicamos los puntos (14,−2)\left(\frac{1}{4},-2\right), (12,−1)\left(\frac{1}{2},-1\right), (1,0)(1,0), (2,1)(2,1), (4,2)(4,2), (8,3)(8,3) y los unimos con una curva suave. La curva sube de izquierda a derecha (creciente, porque la base 2>12>1), corta el eje xx en (1,0)(1,0) y se pega al eje yy sin tocarlo: cuando x→0+x\to 0^+, y→−∞y\to-\infty (asíntota vertical en x=0x=0). Fijate que sube lento: para pasar de y=2y=2 a y=3y=3, xx tuvo que ir de 4 a 8.
  • Sea f(x)=log⁡3xf(x)=\log_3 x. (a) Imagen de 9: f(9)=log⁡39=2f(9)=\log_3 9=2, porque 32=93^2=9. (b) Imagen de 127\frac{1}{27}: f(127)=log⁡3127=−3f\left(\frac{1}{27}\right)=\log_3\frac{1}{27}=-3, porque 3−3=1273^{-3}=\frac{1}{27}. (c) Preimagen: ¿para qué xx vale f(x)=4f(x)=4? Planteamos log⁡3x=4\log_3 x = 4 y pasamos a forma exponencial: x=34=81x=3^4=81. Verificamos: log⁡381=4\log_3 81 = 4, correcto. (d) ¿Dónde corta el eje xx? Donde f(x)=0f(x)=0: log⁡3x=0⇒x=30=1\log_3 x=0\Rightarrow x=3^0=1. Corta en (1,0)(1,0).
  • Sea g(x)=log⁡2(x−3)g(x)=\log_2(x-3). Primero el dominio: el argumento debe ser positivo, así que x−3>0⇒x>3x-3>0\Rightarrow x>3. El dominio es (3,+∞)(3,+\infty). Ahora calculamos algunas imágenes, eligiendo valores de xx que hagan el argumento potencia de 2: g(4)=log⁡2(4−3)=log⁡21=0g(4)=\log_2(4-3)=\log_2 1=0; g(5)=log⁡22=1g(5)=\log_2 2=1; g(7)=log⁡24=2g(7)=\log_2 4=2; g(11)=log⁡28=3g(11)=\log_2 8=3. La curva es la de log⁡2x\log_2 x corrida 3 lugares a la derecha: pasa por (4,0)(4,0) en lugar de (1,0)(1,0), y su asíntota vertical está en x=3x=3 (no en x=0x=0), justo donde el argumento se anula.
  • Comparar una exponencial y su inversa. Si g(x)=2xg(x)=2^x, entonces g(4)=16g(4)=16 y el punto (4,16)(4,16) está en su gráfico. La inversa es f(x)=log⁡2xf(x)=\log_2 x: intercambia entrada y salida, de modo que f(16)=4f(16)=4 y contiene el punto (16,4)(16,4). Los puntos aparecen reflejados respecto de y=xy=x; esa simetría permite construir una gráfica a partir de la otra.

Errores comunes

  • Calcula el logaritmo de 0 o de números negativos, o escribe el dominio como todos los reales.

    No existe ningún exponente que haga que una base positiva dé 0 o un número negativo: 2y2^y siempre es positivo. Por eso log⁡b0\log_b 0 y log⁡b(negativo)\log_b(\text{negativo}) no están definidos.

    Cómo corregirlo: Antes de cualquier cuenta, recordá que la función logarítmica solo vive en x>0x>0. Si aparece un cero o un negativo como argumento, ese valor queda afuera del dominio.

  • Cree que la logarítmica crece rápido, igual que la exponencial.

    La logarítmica es la inversa de la exponencial, no una copia. Si b>1b>1, log⁡bx\log_b x crece cada vez más lento; si 0<b<10<b<1, es decreciente.

    Cómo corregirlo: En el caso creciente, pensá que para que yy suba de a uno hay que multiplicar xx por la base. En log⁡2x\log_2 x, ir de y=1y=1 a y=10y=10 lleva xx de 2 a 1024: crecimiento lentísimo. Para 0<b<10<b<1, la función recorre esos niveles en sentido decreciente.

  • Piensa que log⁡b1=1\log_b 1 = 1, o que log⁡bb=0\log_b b = 0.

    Es al revés: log⁡b1=0\log_b 1 = 0 siempre, porque b0=1b^0=1; y log⁡bb=1\log_b b = 1, porque b1=bb^1=b.

    Cómo corregirlo: Traducí a exponente: '¿a qué elevo bb para que dé 1?' → a 0; '¿para que dé bb?' → a 1. Por eso toda logarítmica corta el eje xx en x=1x=1.

  • Para el dominio de log⁡b(x−a)\log_b(x-a) escribe x>0x>0 en vez de mirar lo que está adentro del logaritmo.

    La condición es que el argumento (lo de adentro del log) sea positivo, no la xx sola. En log⁡2(x−3)\log_2(x-3) hay que pedir x−3>0x-3>0, no x>0x>0.

    Cómo corregirlo: Planteá siempre la inecuación 'argumento >0>0' y resolvéla. Para log⁡2(x−3)\log_2(x-3): x−3>0⇒x>3x-3>0\Rightarrow x>3, o sea dominio (3,+∞)(3,+\infty).

  • Para resolver log⁡bx=k\log_b x=k calcula x=kbx=k^b o x=bkx=\frac{b}{k} en vez de x=bkx=b^k.

    La definición dice log⁡bx=k  ⟺  x=bk\log_b x = k \iff x = b^k: la base se queda como base y kk es el exponente. Invertirlos cambia por completo el resultado.

    Cómo corregirlo: Pasá siempre a la forma exponencial usando la definición: la base va abajo y el resultado del logaritmo es el exponente. log⁡5x=3⇒x=53=125\log_5 x=3\Rightarrow x=5^3=125.

En resumen

La función logarítmica f(x)=log⁡bxf(x)=\log_b x se estudia por su dominio positivo, imagen real, crecimiento o decrecimiento, corte (1,0)(1,0), asíntota vertical e inversión de la exponencial. Las transformaciones cambian dominio, asíntota e intersecciones. Los cálculos, propiedades y ecuaciones logarítmicas quedan concentrados en Logaritmos; acá se usan para interpretar la función y su gráfico.

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