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Mathe-Arbeitsblätter Klasse 10

Stellen Sie aus mehr als 25.000 Matheaufgaben von der 3. bis zur 13. Klasse Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Logarithmen berechnen

Lernziele

  • Bestimmt einfache Logarithmen aus bekannten Potenzen.
  • Schätzt Logarithmen mit benachbarten Potenzen.
  • Berechnet Näherungswerte mit dem Taschenrechner.
  • Unterscheidet exakte und gerundete Werte.
  • Prüft durch Potenzieren.

Klicken Sie auf Aufgaben, um sie zum Drucken auszuwählen.

55170910
Berechne ohne Taschenrechner: \(\log_5 125\).

Denkanstöße

- Suche eine Potenz von \(5\), die \(125\) ergibt. - Der gesuchte Logarithmus ist der zugehörige Exponent.

Lösung

Weil \(5^3=125\), gilt \(\log_5 125=3\).

Antwort

\(3\)
55171010
Zwischen welchen zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen liegt \(\log_2 6\)? Bestimme nur das passende Intervall, ohne den Logarithmus dezimal zu berechnen.

Denkanstöße

- Suche die beiden benachbarten Zweierpotenzen, zwischen denen \(6\) liegt. - Die zugehörigen Exponenten begrenzen den Wert des Logarithmus.

Lösung

Es gilt \(2^2=4<6<8=2^3\). Daher liegt \(\log_2 6\) zwischen \(2\) und \(3\).

Antwort

\(2<\log_2 6<3\)
55661910
Berechne ohne Taschenrechner \(\log_5\left(\frac{1}{25}\right)\).

Denkanstöße

- Schreibe \(\frac{1}{25}\) als Potenz zur Basis \(5\). - Welcher Exponent ergibt genau diesen Wert?

Lösung

1. Es gilt \(\frac{1}{25}=5^{-2}\). 2. Daher ist \(\log_5\left(\frac{1}{25}\right)=-2\).

Antwort

\(-2\)
42332110
Bestimme die Werte. a) \(\log_2(128)\) b) \(\log_3\left(\frac{1}{9}\right)\) c) \(4\log_{10}(0{,}1)\)

Denkanstöße

- Welche Potenz der jeweiligen Basis ergibt das Argument? - Wie kannst du \(\frac{1}{9}\) beziehungsweise \(0{,}1\) als Potenz der jeweiligen Basis schreiben? - Beachte in c), dass der Faktor \(4\) außerhalb des Logarithmus steht.

Lösung

1. Da \(2^7=128\), gilt \(\log_2(128)=7\). 2. Da \(3^{-2}=\frac{1}{9}\), gilt \(\log_3\left(\frac{1}{9}\right)=-2\). 3. Da \(10^{-1}=0{,}1\), ist \(\log_{10}(0{,}1)=-1\). Damit ergibt sich \(4\log_{10}(0{,}1)=-4\).

Antwort

a) \(7\) b) \(-2\) c) \(-4\)
42378910
Berechne die folgenden Logarithmen ohne Taschenrechner: a) \(\log_6(216)\) b) \(\log_5(1)\) c) \(\log_2(0{,}25)\) d) \(\log_{10}(\sqrt{10})\)

Denkanstöße

- Überlege dir bei jeder Aufgabe: Mit welcher Zahl muss ich die Basis potenzieren, um das Argument zu erhalten? - Erinnere dich daran, wie man Brüche als Potenzen mit negativen Exponenten schreibt. - Wie lässt sich eine Quadratwurzel als Potenz ausdrücken? - Was ist das Ergebnis eines Logarithmus, wenn das Argument 1 ist?

Lösung

1. Bestimmung des Exponenten \(x\) für \(6^x = 216\): Da \(6^3 = 216\), gilt \(\log_6(216) = 3\). 2. Anwendung der Logarithmenseigenschaft für das Argument \(1\): Da \(5^0 = 1\), gilt \(\log_5(1) = 0\). 3. Umformung des Dezimalbruchs in eine Potenz zur Basis \(2\): \(0{,}25 = \frac{1}{4} = 2^{-2}\). Somit ist \(\log_2(0{,}25) = -2\). 4. Umformung der Wurzel in eine Potenzschreibweise: \(\sqrt{10} = 10^{\frac{1}{2}} = 10^{0{,}5}\). Somit ist \(\log_{10}(\sqrt{10}) = 0{,}5\).

Antwort

a) \(3\) b) \(0\) c) \(-2\) d) \(0{,}5\)
42611310
Bestimme die Werte der folgenden Logarithmen ohne Verwendung eines Taschenrechners: 1) \(\log_2(32)\) 2) \(\log_2\left(\frac{1}{8}\right)\) 3) \(\log_2(\sqrt[3]{2})\) 4) \(\log_2\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)\)

Denkanstöße

- Kannst du die Zahl im Logarithmus als Potenz der Basis schreiben? - Welche Bedeutung hat ein negativer Exponent für den Wert einer Potenz? - Wie lassen sich Wurzeln als Potenzen mit Brüchen im Exponenten darstellen? - Überlege dir, welche Hochzahl \(x\) die Gleichung \(2^x = \dots\) lösen würde.

Lösung

1. Anwendung der Definition des Logarithmus \(\log_b(a) = x \iff b^x = a\). Für den ersten Wert gilt \(2^5 = 32\), daraus folgt \(\log_2(32) = 5\). 2. Umschreiben des Bruchs als Potenz mit negativem Exponenten: \(\frac{1}{8} = \frac{1}{2^3} = 2^{-3}\). Somit ist \(\log_2(2^{-3}) = -3\). 3. Umschreiben der Wurzel als Potenz mit rationalem Exponenten: \(\sqrt[3]{2} = 2^{\frac{1}{3}}\). Somit ist \(\log_2(2^{\frac{1}{3}}) = \frac{1}{3}\). 4. Kombination von Bruch- und Wurzelregeln: \(\frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{1}{2^{\frac{1}{2}}} = 2^{-\frac{1}{2}}\). Somit ist \(\log_2(2^{-\frac{1}{2}}) = -\frac{1}{2} = -0{,}5\).

Antwort

1) \(5\) 2) \(-3\) 3) \(\frac{1}{3}\) 4) \(-0{,}5\)
42611410
Bestimme für die folgenden Logarithmen jeweils zwei aufeinanderfolgende ganze Zahlen \(n\) und \(n+1\), zwischen denen der Wert des Logarithmus liegt. Begründe deine Überlegung durch den Vergleich mit Potenzen der Basis. a) \(\log_3(20)\) b) \(\log_2(0{,}3)\) c) \(\log_{10}(500)\)

Denkanstöße

- Suche zwei aufeinanderfolgende ganzzahlige Exponenten, deren Potenzen das jeweilige Argument einschließen. - Wie verändern sich Potenzen bei einer Basis größer als \(1\), wenn der Exponent wächst? - Bei einem Argument kleiner als \(1\) können negative Exponenten hilfreich sein.

Lösung

1. Es gilt \(3^2=9\) und \(3^3=27\). Wegen \(9<20<27\) folgt \(2<\log_3(20)<3\). 2. Es gilt \(2^{-2}=0{,}25\) und \(2^{-1}=0{,}5\). Wegen \(0{,}25<0{,}3<0{,}5\) folgt \(-2<\log_2(0{,}3)<-1\). 3. Es gilt \(10^2=100\) und \(10^3=1000\). Wegen \(100<500<1000\) folgt \(2<\log_{10}(500)<3\).

Antwort

a) \(2<\log_3(20)<3\) b) \(-2<\log_2(0{,}3)<-1\) c) \(2<\log_{10}(500)<3\)
42818610
Berechne die folgenden Logarithmen mithilfe der Definition \(\log_b a=x\iff b^x=a\): a) \(\log_7 49\) b) \(\log_7\left(\frac{1}{7}\right)\) c) \(\log_2(0{,}125)\) d) \(\log_{10}(0{,}01)\) e) \(\log_4\sqrt{64}\)

Denkanstöße

- Kannst du das Argument jeweils als Potenz der Basis schreiben? - Bei Dezimalzahlen kann eine Umwandlung in einen Bruch helfen. - Vereinfache Wurzeln, bevor du den Logarithmus bestimmst.

Lösung

1. Da \(7^2=49\), gilt a) \(2\). 2. Da \(7^{-1}=\frac{1}{7}\), gilt b) \(-1\). 3. Es ist \(0{,}125=\frac{1}{8}=2^{-3}\), also gilt c) \(-3\). 4. Es ist \(0{,}01=10^{-2}\), also gilt d) \(-2\). 5. Es ist \(\sqrt{64}=8=4^{1{,}5}\), also gilt e) \(1{,}5\).

Antwort

a) \(2\) b) \(-1\) c) \(-3\) d) \(-2\) e) \(1{,}5\)
42818910
Berechne die Werte der folgenden Logarithmen: a) \(\log_2 128\) b) \(\log_5 \frac{1}{25}\) c) \(\log_3 243\) d) \(\log_9 1\) e) \(\log_7 343\)

Denkanstöße

- Überlege dir bei jedem Logarithmus: Mit welcher Zahl muss ich die Basis potenzieren, um den Wert im Logarithmus zu erhalten? - Kannst du Brüche als Potenzen mit negativem Exponenten schreiben? - Gibt es eine allgemeine Regel für den Logarithmus von 1 zu einer beliebigen Basis? - Vielleicht hilft es, die Potenzreihen der Zahlen 2, 3, 5 und 7 kurz im Kopf durchzugehen.

Lösung

1. Für \(\log_2 128\): Bestimmung des Exponenten \(x\), sodass \(2^x = 128\). Da \(2^7 = 128\), folgt \(x = 7\). 2. Für \(\log_5 \frac{1}{25}\): Bestimmung des Exponenten \(x\), sodass \(5^x = \frac{1}{25}\). Da \(\frac{1}{25} = 5^{-2}\), folgt \(x = -2\). 3. Für \(\log_3 243\): Bestimmung des Exponenten \(x\), sodass \(3^x = 243\). Da \(3^5 = 243\), folgt \(x = 5\). 4. Für \(\log_9 1\): Bestimmung des Exponenten \(x\), sodass \(9^x = 1\). Da \(9^0 = 1\), folgt \(x = 0\). 5. Für \(\log_7 343\): Bestimmung des Exponenten \(x\), sodass \(7^x = 343\). Da \(7^3 = 343\), folgt \(x = 3\).

Antwort

a) \(7\) b) \(-2\) c) \(5\) d) \(0\) e) \(3\)
42820510
Bestimme für jeden der folgenden Logarithmen die zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen, zwischen denen der Wert liegt. a) \(\log_2 25\) b) \(\log_3\left(\frac{1}{10}\right)\) c) \(\log_{10}(0{,}05)\)

Denkanstöße

- Suche Potenzen der jeweiligen Basis, die das Argument einschließen. - Für Argumente kleiner als \(1\) können negative Exponenten hilfreich sein. - Vergleiche anschließend die Exponenten der beiden benachbarten Potenzen.

Lösung

1. Wegen \(2^4=16<25<32=2^5\) liegt \(\log_2 25\) zwischen \(4\) und \(5\). 2. Wegen \(3^{-3}=\frac{1}{27}<\frac{1}{10}<\frac{1}{9}=3^{-2}\) liegt \(\log_3\left(\frac{1}{10}\right)\) zwischen \(-3\) und \(-2\). 3. Wegen \(10^{-2}=0{,}01<0{,}05<0{,}1=10^{-1}\) liegt \(\log_{10}(0{,}05)\) zwischen \(-2\) und \(-1\).

Antwort

a) Zwischen \(4\) und \(5\) b) Zwischen \(-3\) und \(-2\) c) Zwischen \(-2\) und \(-1\)
42820710
Bestimme \(\log_6 45\) näherungsweise auf vier Dezimalstellen. Nutze die Basiswechselformel mit dem Logarithmus zur Basis \(10\).

Denkanstöße

- Welche Formel schreibt einen Logarithmus mit beliebiger Basis als Quotienten zweier Zehnerlogarithmen? - Berechne Zähler und Nenner erst getrennt und runde erst am Ende. - Prüfe dein Ergebnis grob mit \(6^2=36\) und \(6^3=216\).

Lösung

1. Mit der Basiswechselformel gilt \(\log_6 45=\frac{\log_{10}45}{\log_{10}6}\). 2. Der Taschenrechner liefert \(\log_{10}45\approx1{,}653213\) und \(\log_{10}6\approx0{,}778151\). 3. Damit ist \(\log_6 45\approx1{,}653213:0{,}778151\approx2{,}124539\). 4. Auf vier Dezimalstellen gerundet ergibt sich \(2{,}1245\).

Antwort

\(\log_6 45\approx2{,}1245\)
42820910
Bestimme \(\log_5 12\) mithilfe der Basiswechselformel auf drei Dezimalstellen. Gib außerdem die beiden aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen an, zwischen denen der Logarithmus liegt.

Denkanstöße

- Wie lautet die Basiswechselformel mit dem Logarithmus zur Basis \(10\)? - Runde den Quotienten erst am Ende. - Welche beiden benachbarten Potenzen der Basis \(5\) schließen \(12\) ein?

Lösung

1. Mit der Basiswechselformel gilt \(\log_5 12=\frac{\log_{10}12}{\log_{10}5}\approx1{,}543959\). 2. Auf drei Dezimalstellen gerundet ergibt sich \(1{,}544\). 3. Wegen \(5^1=5<12<25=5^2\) gilt zusätzlich \(1<\log_5 12<2\).

Antwort

\(\log_5 12\approx1{,}544\); der Wert liegt zwischen \(1\) und \(2\).
42825710
Berechne die Werte der folgenden Logarithmen ohne Taschenrechner: a) \(\log_2 512\) b) \(\log_3\frac{1}{27}\) c) \(\log_{10}0{,}01\) d) \(\log_{16}4\) e) \(\log_5\sqrt[3]{5}\)

Denkanstöße

- Welche Potenz der jeweiligen Basis ergibt das Argument? - Schreibe Brüche und Wurzeln bei Bedarf als Potenzen mit negativen oder gebrochenen Exponenten. - Achte bei der Basis \(10\) darauf, die Dezimalzahl als Zehnerpotenz zu schreiben.

Lösung

1. Da \(2^9=512\), gilt \(\log_2 512=9\). 2. Wegen \(\frac{1}{27}=3^{-3}\) gilt \(\log_3\frac{1}{27}=-3\). 3. Da \(0{,}01=10^{-2}\), gilt \(\log_{10}0{,}01=-2\). 4. Wegen \(4=16^{\frac{1}{2}}\) gilt \(\log_{16}4=\frac{1}{2}=0{,}5\). 5. Wegen \(\sqrt[3]{5}=5^{\frac{1}{3}}\) gilt \(\log_5\sqrt[3]{5}=\frac{1}{3}\).

Antwort

a) \(9\) b) \(-3\) c) \(-2\) d) \(0{,}5\) e) \(\frac{1}{3}\)
42826110
Bestimme die Werte der folgenden Logarithmen ohne Taschenrechner. a) \(\log_2\sqrt[3]{16}\) b) \(\log_5\sqrt[4]{125}\) c) \(\log_3\frac{1}{\sqrt{27}}\) d) \(\log_{10}\sqrt[5]{0{,}1}\)

Denkanstöße

- Wie kannst du jede Wurzel als Potenz mit rationalem Exponenten schreiben? - Forme anschließend das gesamte Argument als Potenz der jeweiligen Logarithmusbasis um. - Bei einem Kehrwert hilft ein negativer Exponent.

Lösung

1. Es gilt \(\sqrt[3]{16}=(2^4)^{\frac{1}{3}}=2^{\frac{4}{3}}\). Daher ist der Logarithmus \(\frac{4}{3}\). 2. Es gilt \(\sqrt[4]{125}=(5^3)^{\frac{1}{4}}=5^{\frac{3}{4}}\). Daher ist der Logarithmus \(\frac{3}{4}=0{,}75\). 3. Es gilt \(\frac{1}{\sqrt{27}}=27^{-\frac{1}{2}}=(3^3)^{-\frac{1}{2}}=3^{-\frac{3}{2}}\). Daher ist der Logarithmus \(-\frac{3}{2}=-1{,}5\). 4. Es gilt \(\sqrt[5]{0{,}1}=(10^{-1})^{\frac{1}{5}}=10^{-\frac{1}{5}}\). Daher ist der Logarithmus \(-\frac{1}{5}=-0{,}2\).

Antwort

a) \(\frac{4}{3}\) b) \(0{,}75\) c) \(-1{,}5\) d) \(-0{,}2\)
42826310
Zwischen welchen zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen liegen die Werte der folgenden Logarithmen? a) \(\log_3 80\) b) \(\log_2 0{,}7\) c) \(\log_4 70\) d) \(\log_{10} 500\)

Denkanstöße

- Überlege dir, welche Potenz der Basis gerade noch kleiner und welche gerade schon größer als die Zahl im Logarithmus ist. - Denke daran, dass negative Exponenten zu Brüchen oder Dezimalzahlen zwischen 0 und 1 führen. - Was bedeutet die Definition des Logarithmus für die Beziehung zwischen Basis, Exponent und Ergebnis?

Lösung

1. Für \(\log_3 80\): Da \(3^3 = 27\) und \(3^4 = 81\) ist, folgt aus \(27 < 80 < 81\), dass der Wert zwischen 3 und 4 liegt. 2. Für \(\log_2 0{,}7\): Da \(2^{-1} = 0{,}5\) und \(2^0 = 1\) ist, folgt aus \(0{,}5 < 0{,}7 < 1\), dass der Wert zwischen \(-1\) und 0 liegt. 3. Für \(\log_4 70\): Da \(4^3 = 64\) und \(4^4 = 256\) ist, folgt aus \(64 < 70 < 256\), dass der Wert zwischen 3 und 4 liegt. 4. Für \(\log_{10} 500\): Da \(10^2 = 100\) und \(10^3 = 1000\) ist, folgt aus \(100 < 500 < 1000\), dass der Wert zwischen 2 und 3 liegt.

Antwort

a) zwischen 3 und 4 b) zwischen \(-1\) und 0 c) zwischen 3 und 4 d) zwischen 2 und 3
42826410
Vervollständige die folgenden Ungleichungsketten, indem du jeweils die passenden benachbarten ganzen Zahlen einsetzt. a) \(\square<\log_5 0{,}03<\square\) b) \(\square<\log_8 100<\square\) c) \(\square<\log_2 2{,}5<\square\) d) \(\square<\log_{10}0{,}002<\square\)

Denkanstöße

- Suche ganzzahlige Potenzen der jeweiligen Basis, die das Argument einschließen. - Für Argumente kleiner als \(1\) können negative Exponenten hilfreich sein. - Übertrage die Reihenfolge der Potenzen auf die zugehörigen Exponenten.

Lösung

1. Wegen \(5^{-3}=0{,}008<0{,}03<0{,}04=5^{-2}\) gilt \(-3<\log_5 0{,}03<-2\). 2. Wegen \(8^2=64<100<512=8^3\) gilt \(2<\log_8 100<3\). 3. Wegen \(2^1=2<2{,}5<4=2^2\) gilt \(1<\log_2 2{,}5<2\). 4. Wegen \(10^{-3}=0{,}001<0{,}002<0{,}01=10^{-2}\) gilt \(-3<\log_{10}0{,}002<-2\).

Antwort

a) \(-3<\log_5 0{,}03<-2\) b) \(2<\log_8 100<3\) c) \(1<\log_2 2{,}5<2\) d) \(-3<\log_{10}0{,}002<-2\)
42843010
Forme \(\log_5(x)\) mit der Basiswechselformel so um, dass nur Logarithmen zur Basis \(10\) vorkommen. Bestimme daraus den Faktor \(k\) in \(\log_5(x)=k\cdot\log_{10}(x)\) und runde \(k\) auf zwei Dezimalstellen.

Denkanstöße

- Welche Größe steht bei einem Basiswechsel im Nenner? - Schreibe den Quotienten so, dass \(\log_{10}(x)\) als eigener Faktor zu sehen ist. - Runde erst, wenn du den Faktor \(k\) vollständig bestimmt hast.

Lösung

1. Mit der Basiswechselformel gilt \(\log_5(x)=\frac{\log_{10}(x)}{\log_{10}(5)}\). 2. Damit ist \(\log_5(x)=\frac{1}{\log_{10}(5)}\cdot\log_{10}(x)\). Also gilt \(k=\frac{1}{\log_{10}(5)}\). 3. Es ist \(k\approx1{,}43\).

Antwort

\(\log_5(x)=\frac{\log_{10}(x)}{\log_{10}(5)}=\frac{1}{\log_{10}(5)}\cdot\log_{10}(x)\) Daher ist \(k=\frac{1}{\log_{10}(5)}\approx1{,}43\).
55252410
Klara berechnet mit dem Taschenrechner \(\log_3 50\) und notiert als Ergebnis \(4{,}61\). a) Prüfe ohne Taschenrechner, zwischen welchen zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen \(\log_3 50\) liegen muss. b) Berechne \(\log_3 50\) anschließend mit dem Taschenrechner und runde auf zwei Dezimalstellen. c) Beurteile damit Klaras Ergebnis \(4{,}61\).

Denkanstöße

- Welche beiden benachbarten Potenzen von \(3\) schließen \(50\) ein? - Was muss das für den gesuchten Exponenten bedeuten? - Nutze die Überschlagsprüfung, bevor du das Taschenrechnerergebnis akzeptierst.

Lösung

1. Es gilt \(3^3=27\) und \(3^4=81\). Wegen \(27<50<81\) muss \(3<\log_3 50<4\) gelten. 2. Mit dem Basiswechsel erhält man \(\log_3 50=\frac{\log_{10}50}{\log_{10}3}\approx3{,}5609\), also gerundet \(3{,}56\). 3. Der Wert \(4{,}61\) liegt nicht im zuvor bestimmten Intervall und ist daher nicht plausibel.

Antwort

a) \(3<\log_3 50<4\) b) \(\log_3 50\approx3{,}56\) c) \(4{,}61\) ist nicht plausibel und falsch.
55253410
Berechne den Wert des Terms \(2\log_3(9)-\log_5(125)\).

Denkanstöße

- Bestimme zunächst jeden der beiden Logarithmen einzeln über eine passende Potenz. - Setze die beiden Werte erst danach in den gesamten Term ein.

Lösung

1. Wegen \(3^2=9\) gilt \(\log_3(9)=2\). 2. Wegen \(5^3=125\) gilt \(\log_5(125)=3\). 3. Damit ist \(2\log_3(9)-\log_5(125)=2\cdot2-3=1\).

Antwort

\(1\)
55662010
Berechne mit dem Taschenrechner \(\log_7(30)\) auf drei Dezimalstellen. Prüfe dein gerundetes Ergebnis anschließend, indem du \(7^x\) mit deinem Wert für \(x\) berechnest.

Denkanstöße

- Dein Taschenrechner muss nicht direkt einen Logarithmus zur Basis \(7\) anbieten. - Welche Basiswechselformel kannst du mit \(\log_{10}\) verwenden? - Bei der Rückprobe setzt du den gerundeten Logarithmuswert wieder als Exponenten ein.

Lösung

1. Mit dem Basiswechsel gilt \(\log_7(30)=\frac{\log_{10}(30)}{\log_{10}(7)}\approx1{,}74787\). 2. Auf drei Dezimalstellen gerundet ist \(x\approx1{,}748\). 3. Die Rückprobe ergibt \(7^{1{,}748}\approx30{,}008\). Das liegt sehr nahe bei \(30\) und bestätigt den gerundeten Wert.

Antwort

\(\log_7(30)\approx1{,}748\); Rückprobe: \(7^{1{,}748}\approx30{,}008\)
55662110
Leonie behauptet: \(\log_3(20)\approx4{,}73\). a) Zeige ohne Taschenrechner, dass dieser Wert unmöglich sein kann. b) Berechne \(\log_3(20)\) anschließend auf zwei Dezimalstellen richtig.

Denkanstöße

- Zwischen welchen zwei einfachen Potenzen von \(3\) liegt \(20\)? - Was sagt diese Einordnung über den möglichen Logarithmuswert aus? - Verwende erst danach den Taschenrechner für die genauere Berechnung.

Lösung

1. Es gilt \(3^2=9<20<27=3^3\). Daher muss \(2<\log_3(20)<3\) gelten. 2. Der Wert \(4{,}73\) liegt außerhalb dieses Intervalls und kann deshalb nicht stimmen. 3. Mit dem Basiswechsel ergibt sich \(\log_3(20)=\frac{\log_{10}(20)}{\log_{10}(3)}\approx2{,}72683\). 4. Auf zwei Dezimalstellen gerundet ist der richtige Wert \(2{,}73\).

Antwort

a) Weil \(3^2<20<3^3\), muss der Logarithmus zwischen \(2\) und \(3\) liegen. b) \(\log_3(20)\approx2{,}73\)
55809310
Nähere \(\log_2(5)\) durch Intervallschachtelung an. Nutze am Taschenrechner nur Potenzen, nicht die Logarithmusfunktion. a) Begründe zuerst \(2<\log_2(5)<3\). b) Prüfe mit \(2^{2{,}3}\) und \(2^{2{,}4}\), in welchem Zehntelintervall der Logarithmus liegt. c) Prüfe anschließend \(2^{2{,}32}\) und \(2^{2{,}33}\) und gib ein Hundertstelintervall für \(\log_2(5)\) an.

Denkanstöße

- Schreibe jeden Intervallschritt als Vergleich von Potenzwerten. - Bei der Basis \(2\) wächst \(2^x\); deshalb zeigt die Lage des Potenzwerts, auf welcher Seite der gesuchte Exponent liegt. - Für ein Hundertstelintervall müssen die beiden Grenzen genau \(0{,}01\) auseinanderliegen.

Lösung

1. Es gilt \(2^2=4<5<8=2^3\). Daher ist \(2<\log_2(5)<3\). 2. \(2^{2{,}3}\approx4{,}925<5<5{,}278\approx2^{2{,}4}\). Also gilt \(2{,}3<\log_2(5)<2{,}4\). 3. \(2^{2{,}32}\approx4{,}993<5<5{,}028\approx2^{2{,}33}\). Damit gilt \(2{,}32<\log_2(5)<2{,}33\).

Antwort

a) \(2^2=4<5<8=2^3\), also \(2<\log_2(5)<3\). b) \(2^{2{,}3}\approx4{,}925<5<5{,}278\approx2^{2{,}4}\), also \(2{,}3<\log_2(5)<2{,}4\). c) \(2^{2{,}32}\approx4{,}993<5<5{,}028\approx2^{2{,}33}\), also \(2{,}32<\log_2(5)<2{,}33\).
55809410
Ece möchte \(x=\log_3(7)\) durch Intervallschachtelung bestimmen. Sie weiß bereits \(1<x<2\). In jedem Schritt darf sie nur einen Exponenten testen. a) Für den ersten Test stehen \(1{,}2\), \(1{,}5\) und \(1{,}8\) zur Wahl. Welcher Test verkleinert das Intervall im ungünstigsten Fall am stärksten? Begründe. b) Berechne den zugehörigen Potenzwert und bestimme danach das neue Intervall für \(x\). c) Teste anschließend die Mitte dieses neuen Intervalls und gib das nächste Intervall an.

Denkanstöße

- Vergleiche bei den drei möglichen Tests die Länge des größeren Teilintervalls, das übrig bleiben könnte. - Aus \(3^r<7\) folgt \(r<\log_3(7)\); bei \(3^r>7\) liegt der gesuchte Exponent links von \(r\). - Arbeite nach jeder Entscheidung nur noch mit dem Teilintervall weiter, in dem \(x\) liegen kann.

Lösung

1. Beim Test \(1{,}2\) könnte ein Restintervall der Länge \(0{,}8\) bleiben, ebenso beim Test \(1{,}8\). Der Test \(1{,}5\) teilt \((1;2)\) in zwei gleich lange Teile. Im ungünstigsten Fall bleibt nur die Länge \(0{,}5\). Daher ist \(1{,}5\) die beste Wahl. 2. Es ist \(3^{1{,}5}=\sqrt{27}\approx5{,}20<7\). Also gilt \(1{,}5<x<2\). 3. Die Mitte des neuen Intervalls ist \(1{,}75\). Es gilt \(3^{1{,}75}\approx6{,}84<7\). Daher folgt \(1{,}75<x<2\).

Antwort

a) \(1{,}5\), weil damit das Ausgangsintervall in zwei gleich lange Teile zerlegt wird; im ungünstigsten Fall bleibt ein Intervall der Länge \(0{,}5\). b) \(3^{1{,}5}\approx5{,}20<7\), also \(1{,}5<x<2\). c) Die Mitte ist \(1{,}75\). Wegen \(3^{1{,}75}\approx6{,}84<7\) gilt \(1{,}75<x<2\).
42379010
Bestimme den Wert der folgenden Ausdrücke: a) \(\log_2(128)\) b) \(\log_9(3)\) c) \(\log_5(0{,}008)\) d) \(\log_{10}\left(\frac{1}{\sqrt{10}}\right)\)

Denkanstöße

- Kannst du das Argument als Potenz der Basis schreiben? - Manchmal hilft es, Dezimalzahlen zuerst in Brüche umzuwandeln und diese dann zu kürzen. - Denke an den Zusammenhang zwischen Wurzeln und rationalen Exponenten. - Wie wirken sich Brüche im Argument auf das Vorzeichen des Logarithmus aus?

Lösung

1. Berechnung von \(\log_2(128)\): Da \(2^7 = 128\), ist das Ergebnis \(7\). 2. Zusammenhang zwischen \(9\) und \(3\): Da \(\sqrt{9} = 9^{0{,}5} = 3\), ist \(\log_9(3) = 0{,}5\). 3. Umrechnung des Dezimalbruchs: \(0{,}008 = \frac{8}{1000} = \frac{1}{125} = 5^{-3}\). Somit ist \(\log_5(0{,}008) = -3\). 4. Kombination von Bruch und Wurzel: \(\frac{1}{\sqrt{10}} = \frac{1}{10^{0{,}5}} = 10^{-0{,}5}\). Somit ist \(\log_{10}\left(\frac{1}{\sqrt{10}}\right) = -0{,}5\).

Antwort

a) \(7\) b) \(0{,}5\) c) \(-3\) d) \(-0{,}5\)
42604610
Gegeben sind die drei Werte \(P\), \(Q\) und \(R\): \(P = \log_3\left(\frac{1}{9}\right)\) \(Q = \log_2(\sqrt{8})\) \(R = \log_5(1)\) Berechne die exakten Werte von \(P\), \(Q\) und \(R\) ohne Taschenrechner und ordne sie der Größe nach (beginnend mit dem kleinsten Wert).

Denkanstöße

- Versuche, die Zahlen im Logarithmus als Potenzen der jeweiligen Basis zu schreiben. - Erinnere dich daran, wie man Wurzeln als Potenzen mit rationalen Exponenten schreibt. - Welchen Wert hat ein Logarithmus immer, wenn das Argument 1 ist? - Vergleiche die Ergebnisse am Ende auf dem Zahlenstrahl.

Lösung

1. Berechnung von \(P\): \(\frac{1}{9} = 3^{-2}\), daher ist \(\log_3(3^{-2}) = -2\). Somit ist \(P = -2\). 2. Berechnung von \(Q\): \(\sqrt{8} = 8^{0{,}5} = (2^3)^{0{,}5} = 2^{1{,}5}\). Daher ist \(\log_2(2^{1{,}5}) = 1{,}5\). Somit ist \(Q = 1{,}5\). 3. Berechnung von \(R\): Da jede positive Basis hoch 0 den Wert 1 ergibt (\(5^0 = 1\)), ist \(\log_5(1) = 0\). Somit ist \(R = 0\). 4. Vergleich der Werte: Es gilt \(-2 < 0 < 1{,}5\). 5. Ordnung: \(P < R < Q\).

Antwort

Die Werte sind \(P = -2\), \(Q = 1{,}5\) und \(R = 0\). Die Reihenfolge lautet: \(P < R < Q\).
42815610
Bestimme den numerischen Wert des folgenden Ausdrucks für \(a>0\) und \(a\neq1\). Schreibe dazu die Argumente als Potenzen zur Basis \(a\) und nutze die Definition des Logarithmus. \(x=\frac{\log_a(a^2\sqrt{a})}{\log_a(\sqrt[3]{a^2})}\)

Denkanstöße

- Wie kannst du Wurzeln als Potenzen mit rationalen Exponenten schreiben? - Was ist \(\log_a(a^r)\) nach der Definition des Logarithmus? - Vereinfache Zähler und Nenner getrennt, bevor du den Bruch berechnest.

Lösung

1. Im Zähler ist \(a^2\sqrt{a}=a^{\frac{5}{2}}\). Daher gilt \(\log_a(a^{\frac{5}{2}})=\frac{5}{2}\). 2. Im Nenner ist \(\sqrt[3]{a^2}=a^{\frac{2}{3}}\). Daher gilt \(\log_a(a^{\frac{2}{3}})=\frac{2}{3}\). 3. Somit ist \(x=\frac{\frac{5}{2}}{\frac{2}{3}}=\frac{15}{4}=3{,}75\).

Antwort

\(x=3{,}75\)
42817810
Berechne die Werte der folgenden Ausdrücke: a) \(\log_{10}(0{,}001)\) b) \(\log_{10}\sqrt[4]{1000}\) c) \(\log_{0{,}5}8\) d) \(\log_{0{,}5}\left(\frac{1}{\sqrt[3]{2}}\right)\)

Denkanstöße

- Versuche, Argumente und Basen als Potenzen derselben Zahl darzustellen. - Wie kannst du Wurzeln und Kehrwerte als Potenzen schreiben? - Vergleiche anschließend die Exponenten.

Lösung

1. Da \(10^{-3}=0{,}001\), gilt \(\log_{10}(0{,}001)=-3\). 2. Es ist \(\sqrt[4]{1000}=\sqrt[4]{10^3}=10^{\frac{3}{4}}\). Daher gilt \(\log_{10}\sqrt[4]{1000}=\frac{3}{4}=0{,}75\). 3. Mit \(0{,}5=2^{-1}\) und \(8=2^3\) folgt aus \((2^{-1})^x=2^3\), dass \(x=-3\) ist. 4. Es ist \(\frac{1}{\sqrt[3]{2}}=2^{-\frac{1}{3}}\). Aus \((2^{-1})^x=2^{-\frac{1}{3}}\) folgt \(x=\frac{1}{3}\).

Antwort

a) \(-3\) b) \(0{,}75=\frac{3}{4}\) c) \(-3\) d) \(\frac{1}{3}\)
42819110
Berechne die folgenden Logarithmen ohne Taschenrechner. Schreibe die Argumente als Potenzen einer passenden Basis und nutze Potenzregeln. a) \(\log_3\sqrt[4]{27}\) b) \(\log_2\left(\frac{1}{\sqrt[5]{8}}\right)\) c) \(\log_{10}\sqrt[3]{100}\) d) \(\log_5(25\sqrt{5})\) e) \(\log_7\left(\frac{1}{49\sqrt[3]{7}}\right)\)

Denkanstöße

- Welche bekannte Potenz steckt jeweils unter der Wurzel oder im Nenner? - Wie kannst du Wurzeln und Kehrwerte als Potenzen schreiben? - Stelle jedes vollständige Argument als eine Potenz der Logarithmusbasis dar.

Lösung

1. Für a) ist \(\sqrt[4]{27}=3^{\frac{3}{4}}\), also \(\frac{3}{4}\). 2. Für b) ist \(\frac{1}{\sqrt[5]{8}}=2^{-\frac{3}{5}}\), also \(-\frac{3}{5}\). 3. Für c) ist \(\sqrt[3]{100}=10^{\frac{2}{3}}\), also \(\frac{2}{3}\). 4. Für d) ist \(25\sqrt{5}=5^{\frac{5}{2}}\), also \(\frac{5}{2}\). 5. Für e) ist \(\frac{1}{49\sqrt[3]{7}}=7^{-\frac{7}{3}}\), also \(-\frac{7}{3}\).

Antwort

a) \(\frac{3}{4}\) b) \(-\frac{3}{5}\) c) \(\frac{2}{3}\) d) \(\frac{5}{2}\) e) \(-\frac{7}{3}\)
42819210
Bestimme die Werte der folgenden Ausdrücke. Nutze dabei den Zusammenhang \(\log_b(b^x)=x\). a) \(\log_2\sqrt{0{,}125}\) b) \(\log_5\sqrt[4]{0{,}04}\) c) \(\log_{10}\left(\frac{10}{\sqrt[5]{100}}\right)\) d) \(\log_3\left(\frac{\sqrt{27}}{9}\right)\) e) \(\log_4\sqrt[3]{32}\)

Denkanstöße

- Schreibe Dezimalzahlen zuerst als Potenzen einer passenden Basis. - Wie kannst du Wurzeln als Potenzen mit rationalen Exponenten schreiben? - Nutze bei Quotienten die Potenzregel für gleiche Basen.

Lösung

1. Für a) ist \(0{,}125=2^{-3}\), also \(\sqrt{0{,}125}=2^{-\frac{3}{2}}\). Der Wert ist \(-1{,}5\). 2. Für b) ist \(0{,}04=5^{-2}\), also \(\sqrt[4]{0{,}04}=5^{-\frac{1}{2}}\). Der Wert ist \(-0{,}5\). 3. Für c) ist \(\frac{10}{\sqrt[5]{100}}=10^{1-\frac{2}{5}}=10^{\frac{3}{5}}\). Der Wert ist \(0{,}6\). 4. Für d) ist \(\frac{\sqrt{27}}{9}=3^{\frac{3}{2}-2}=3^{-\frac{1}{2}}\). Der Wert ist \(-0{,}5\). 5. Für e) ist \(\sqrt[3]{32}=2^{\frac{5}{3}}=4^{\frac{5}{6}}\). Der Wert ist \(\frac{5}{6}\).

Antwort

a) \(-1{,}5\) b) \(-0{,}5\) c) \(0{,}6\) d) \(-0{,}5\) e) \(\frac{5}{6}\)
42820610
Welcher der folgenden Werte ist am größten? Begründe deine Entscheidung, indem du für jeden Logarithmus das Intervall aus zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen bestimmst, in dem er liegt. \(x = \log_2 40\) \(y = \log_3 80\) \(z = \log_5 120\)

Denkanstöße

- Kannst du für jeden Wert einzeln abschätzen, wie groß er ungefähr ist? - Welche Hochzahl muss die Basis jeweils haben, um in die Nähe des Zielwertes zu kommen? - Reicht es aus, die benachbarten ganzen Zahlen zu kennen, um die Werte zu vergleichen?

Lösung

1. Intervall für \(x = \log_2 40\): Vergleich mit \(2^5 = 32\) und \(2^6 = 64\). Da \(32 < 40 < 64\), gilt \(5 < x < 6\). 2. Intervall für \(y = \log_3 80\): Vergleich mit \(3^3 = 27\) und \(3^4 = 81\). Da \(27 < 80 < 81\), gilt \(3 < y < 4\). 3. Intervall für \(z = \log_5 120\): Vergleich mit \(5^2 = 25\) und \(5^3 = 125\). Da \(25 < 120 < 125\), gilt \(2 < z < 3\). 4. Vergleich der Intervalle: Da \(x\) größer als \(5\) ist, während \(y\) kleiner als \(4\) und \(z\) kleiner als \(3\) sind, ist \(x\) der größte Wert.

Antwort

\(x = \log_2 40\) ist der größte Wert, da \(5 < x < 6\), während \(3 < y < 4\) und \(2 < z < 3\) gilt.
42821010
Vergleiche \(\log_2 10\) und \(\log_3 30\). Bestimme beide Werte mithilfe der Basiswechselformel auf drei Dezimalstellen und entscheide, welcher größer ist.

Denkanstöße

- Bringe beide Logarithmen mit der Basiswechselformel auf die Basis \(10\). - Runde erst am Ende der jeweiligen Rechnung. - Schätze vorab mit benachbarten Potenzen, in welcher Größenordnung die Werte liegen.

Lösung

1. \(\log_2 10=\frac{\log_{10}10}{\log_{10}2}\approx3{,}321928\approx3{,}322\). 2. \(\log_3 30=\frac{\log_{10}30}{\log_{10}3}\approx3{,}095903\approx3{,}096\). 3. Da \(3{,}322>3{,}096\), ist \(\log_2 10\) größer.

Antwort

\(\log_2 10\approx3{,}322\) und \(\log_3 30\approx3{,}096\); daher ist \(\log_2 10\) größer.
42821510
Bestimme den Wert des Logarithmus \(\log_{10}5\) mithilfe einer Intervallschachtelung. Runde das Ergebnis auf zwei Nachkommastellen. Dokumentiere deine Zwischenschritte, indem du die Grenzen des Intervalls jeweils durch Potenzieren mit der Basis \(10\) überprüfst.

Denkanstöße

- Zwischen welchen Zehnerpotenzen liegt die Zahl \(5\)? - Wie kannst du die Gleichung \(10^x=5\) durch systematisches Eingrenzen lösen? - Verfeinere dein Intervall schrittweise von ganzen Zahlen zu Zehnteln und Hundertsteln. - Prüfe für die Rundung, auf welcher Seite der Mitte zwischen zwei Hundertsteln der gesuchte Exponent liegt.

Lösung

1. Wegen \(10^0=1\) und \(10^1=10\) liegt \(\log_{10}5\) zwischen \(0\) und \(1\). 2. Es gilt \(10^{0{,}6}\approx3{,}981\) und \(10^{0{,}7}\approx5{,}012\). Daher ist \(0{,}6<\log_{10}5<0{,}7\). 3. Weiter gilt \(10^{0{,}69}\approx4{,}898\) und \(10^{0{,}70}\approx5{,}012\). Somit ist \(0{,}69<\log_{10}5<0{,}70\). 4. Zur Rundung prüft man noch genauer: \(10^{0{,}698}\approx4{,}989\) und \(10^{0{,}699}\approx5{,}0003\). Also liegt der Wert zwischen \(0{,}698\) und \(0{,}699\). 5. Auf zwei Nachkommastellen gerundet ergibt sich \(\log_{10}5\approx0{,}70\).

Antwort

\(\log_{10}5\approx0{,}70\)
42821610
Ermittle den Wert von \(\log_2 3\) durch eine Intervallschachtelung und runde auf zwei Nachkommastellen. Nutze dazu die Definition des Logarithmus und teste verschiedene Exponenten zur Basis \(2\).

Denkanstöße

- Was bedeutet \(\log_2 3 = x\) als Potenz geschrieben? - Suche zuerst die zwei ganzen Zahlen, zwischen denen das Ergebnis liegen muss. - Verwende die Potenzfunktion deines Taschenrechners, um dich dem Zielwert 3 anzunähern. - Wenn du ein Intervall wie \([1{,}5; 1{,}6]\) gefunden hast, welcher Wert liegt genau in der Mitte?

Lösung

1. Startintervall bestimmen: Da \(2^1 = 2\) und \(2^2 = 4\), muss der Wert zwischen \(1\) und \(2\) liegen. 2. Schrittweise Verfeinerung (Zehntel): \(2^{1{,}5} = \sqrt{2^3} = \sqrt{8} \approx 2{,}828\) und \(2^{1{,}6} \approx 3{,}031\). Das Intervall ist \([1{,}5; 1{,}6]\). 3. Schrittweise Verfeinerung (Hundertstel): \(2^{1{,}58} \approx 2{,}9897\) und \(2^{1{,}59} \approx 3{,}0105\). Das Intervall ist \([1{,}58; 1{,}59]\). 4. Prüfung der dritten Stelle: \(2^{1{,}584} \approx 2{,}9980\) und \(2^{1{,}585} \approx 3{,}0001\). Da der Wert sehr nah an \(1{,}585\) liegt, aber knapp darunter (da \(2^{1{,}585}\) minimal größer als \(3\) ist), liegt er im Intervall \([1{,}584; 1{,}585]\). 5. Gerundetes Ergebnis: Auf zwei Nachkommastellen gerundet ergibt sich \(1{,}58\).

Antwort

\(\log_2 3 \approx 1{,}58\)
42826010
David vermutet: „Wenn das Argument größer als \(1\) ist und die Basen ebenfalls größer als \(1\) sind, wird der Logarithmuswert kleiner, je größer die Basis gewählt wird.“ Überprüfe Davids Aussage für das Argument \(20\), indem du \(\log_2 20\), \(\log_5 20\) und \(\log_{10}20\) mithilfe des Basiswechsels berechnest. Runde auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Bringe die ersten beiden Logarithmen mit der Basiswechselformel auf die Basis \(10\). - Vergleiche die drei gerundeten Werte erst nach vollständiger Berechnung. - Überlege zusätzlich, warum bei gleichem Argument eine größere Basis einen kleineren Exponenten benötigen kann.

Lösung

1. \(\log_2 20=\frac{\log_{10}20}{\log_{10}2}\approx4{,}32\). 2. \(\log_5 20=\frac{\log_{10}20}{\log_{10}5}\approx1{,}86\). 3. \(\log_{10}20\approx1{,}30\). 4. Wegen \(4{,}32>1{,}86>1{,}30\) bestätigt sich die Vermutung für diese drei Basen bei festem Argument \(20\).

Antwort

\(\log_2 20\approx4{,}32\), \(\log_5 20\approx1{,}86\), \(\log_{10}20\approx1{,}30\). Für diese Werte wird der Logarithmuswert bei größerer Basis kleiner.
42826210
Berechne die folgenden Logarithmen. Forme die Argumente mithilfe von Potenzregeln so um, dass sie als Potenzen der jeweiligen Logarithmusbasis geschrieben sind. a) \(\log_4\sqrt{8}\) b) \(\log_9\sqrt[3]{3}\) c) \(\log_2\frac{\sqrt[3]{2}}{4}\) d) \(\log_{10}\frac{100}{\sqrt[4]{10}}\)

Denkanstöße

- Suche für Argument und Logarithmusbasis eine gemeinsame Grundpotenz. - Wie lassen sich Wurzeln als Potenzen mit rationalen Exponenten schreiben? - Fasse Potenzen mit derselben Basis zusammen, bevor du den Logarithmus auswertest.

Lösung

1. \(\sqrt8=2^{\frac{3}{2}}=4^{\frac{3}{4}}\). Daher ist der Logarithmus \(\frac{3}{4}\). 2. \(\sqrt[3]{3}=3^{\frac{1}{3}}=9^{\frac{1}{6}}\). Daher ist der Logarithmus \(\frac{1}{6}\). 3. \(\frac{\sqrt[3]{2}}{4}=2^{\frac{1}{3}-2}=2^{-\frac{5}{3}}\). Daher ist der Logarithmus \(-\frac{5}{3}\). 4. \(\frac{100}{\sqrt[4]{10}}=10^{2-\frac{1}{4}}=10^{\frac{7}{4}}\). Daher ist der Logarithmus \(\frac{7}{4}\).

Antwort

a) \(\frac{3}{4}\) b) \(\frac{1}{6}\) c) \(-\frac{5}{3}\) d) \(\frac{7}{4}\)

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