指数・対数・三角関数

底の変換公式

$\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}$

指数・対数・三角関数の「底の変換公式」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「$\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}$」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学Ⅱ 約10分 難易度 2

このページのまとめ

先に押さえておくこと

底の変換公式の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

$\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}$の答えと条件を先に確認できます。

  • テーマ:
    log⁡ab=log⁡cblog⁡ca\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}
  • ポイント: 指数・対数・三角関数の基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
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問題

(1)log⁡48(1)\quad \log_4 8の値を求めよ。

(2)log⁡23⋅log⁡34⋅log⁡48(2)\quad \log_2 3 \cdot \log_3 4 \cdot \log_4 8の値を求めよ。

答えを見る

(1)  32‾(1)\;\underline{\frac{3}{2}}
(2)  3‾(2)\;\underline{3}

解説

底の変換公式を使った対数の問題について解説します。

log⁡48\log_4 8って、底が44で真数が88ですよね。44を何乗したら88になるかすぐには分からないんですが...

いい着眼点だね。44と88はどちらも22のべき乗で表せるから、底を22に統一できれば計算しやすくなるよ。

そのために使うのが「底の変換公式」だよ!

まずは底の変換公式を確認しましょう。

この公式はどうやって証明するんですか?

簡単に証明できるよ。log⁡ab=x\log_a b = xとおくところから始めよう。

底の変換公式の証明を見てみましょう。

log⁡ab=x\log_a b = xとおくと、対数の定義よりax=ba^x = b

両辺の底ccの対数を取ると、log⁡cax=log⁡cb\log_c a^x = \log_c b

対数の性質より、xlog⁡ca=log⁡cbx \log_c a = \log_c b

よって、x=log⁡cblog⁡cax = \frac{\log_c b}{\log_c a}

したがって、log⁡ab=log⁡cblog⁡ca\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}

なるほど、両辺の対数を取るんですね!

この公式を使えば、どんな底の対数も好きな底に変換できるんだ。

特に底を1010(常用対数)やee(自然対数)に揃えることが多いよ。

それでは問題を解いていきましょう。

(1)log⁡48(1)\quad \log_4 8の値を求めよ。

44と88は両方とも22のべき乗で表せるから、底を22に変換してみよう。

底の変換公式を用いて、底を22に統一します。

log⁡48\log_4 8
=log⁡28log⁡24= \frac{\log_2 8}{\log_2 4}
=log⁡223log⁡222= \frac{\log_2 2^3}{\log_2 2^2}
=32= \frac{3}{2}

よって、log⁡48=32‾\log_4 8 = \underline{\frac{3}{2}}となります。

底を22に揃えたら、log⁡22n=n\log_2 2^n = nが使えて簡単に計算できますね!

その通り!底と真数が同じ数のべき乗で表せるときは、その数を底に選ぶのがコツだよ。

(2)log⁡23⋅log⁡34⋅log⁡48(2)\quad \log_2 3 \cdot \log_3 4 \cdot \log_4 8の値を求めよ。

対数の掛け算ですか。どう計算すればいいんですか?

対数の連鎖になっているね。底の変換公式を使うと、きれいに約分できるんだ。

底の変換公式を使って、すべての対数を底22に統一してみましょう。

log⁡23⋅log⁡34⋅log⁡48\log_2 3 \cdot \log_3 4 \cdot \log_4 8
=log⁡23⋅log⁡24log⁡23⋅log⁡28log⁡24= \log_2 3 \cdot \frac{\log_2 4}{\log_2 3} \cdot \frac{\log_2 8}{\log_2 4}
=log⁡23⋅log⁡24log⁡23⋅log⁡28log⁡24= \log_2 3 \cdot \frac{\log_2 4}{\log_2 3} \cdot \frac{\log_2 8}{\log_2 4}
=log⁡28= \log_2 8
=3= 3

あ、分母と分子が約分されてlog⁡28\log_2 8だけが残りましたね!

これは偶然じゃないんだ。実は、このような連鎖した対数の積には便利な公式があるよ。

この公式を使えば、log⁡23⋅log⁡34⋅log⁡48=log⁡24⋅log⁡48=log⁡28=3‾\log_2 3 \cdot \log_3 4 \cdot \log_4 8 = \log_2 4 \cdot \log_4 8 = \log_2 8 = \underline{3}と簡潔に計算できます。

もう一つ覚えておくと便利な公式があるよ。

底と真数を入れ替えた対数を掛けると11になるんですね!

その通り!この公式も底の変換公式から簡単に導けるよ。

log⁡ab=log⁡cblog⁡ca\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}、log⁡ba=log⁡calog⁡cb\log_b a = \frac{\log_c a}{\log_c b}だから、掛けると11になるね。

このページのまとめ

ここでは底の変換公式log⁡ab=log⁡cblog⁡ca\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a}について学習しました。

底を統一することで複雑な対数の計算がシンプルになります。

連鎖公式log⁡ab⋅log⁡bc=log⁡ac\log_a b \cdot \log_b c = \log_a cや逆数公式log⁡ab⋅log⁡ba=1\log_a b \cdot \log_b a = 1も合わせて覚えておきましょう!

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