Lũy thừa, quy tắc lôgarit, đổi cơ số, đồ thị hàm số mũ và lôgarit, phương trình, bất phương trình mũ – lôgarit và bài toán tăng trưởng thực tế có lời giải.
Hàm số mũ và hàm số lôgarit là kiến thức lớp 11. Trong đề thi tốt nghiệp theo định dạng từ năm 2025, chủ đề này thường có khoảng 1 câu ở phần I — biến đổi lôgarit, tập xác định, phương trình hoặc bất phương trình — và có thể xuất hiện trong bài toán thực tế ở phần II, III: lãi suất, tăng dân số, thuốc đào thải khỏi cơ thể, phân rã phóng xạ, độ pH, độ to của âm, độ lớn động đất. Hai điều cần nhớ nhất: điều kiện xác định của lôgarit và chiều bất đẳng thức phụ thuộc vào cơ số lớn hơn hay nhỏ hơn 1.
Kiến thức trọng tâm
Lũy thừa
Với a>0, b>0 và α, β là các số thực:
Quy tắc
Công thức
Nhân, chia cùng cơ số
aα⋅aβ=aα+β; aβaα=aα−β
Lũy thừa của lũy thừa
(aα)β=aαβ
Lũy thừa của tích, thương
(ab)α=aαbα; (ba)α=bαaα
Số mũ hữu tỉ
anm=nam; a0=1; a−n=an1
Lũy thừa với số mũ nguyên dương xác định với mọi cơ số; số mũ 0 hoặc nguyên âm cần cơ số khác 0; số mũ không nguyên (hữu tỉ, thực) chỉ xét với cơ số dương.
So sánh: nếu a>1 thì aα>aβ⇔α>β; nếu 0<a<1 thì aα>aβ⇔α<β.
Lôgarit
Với 0<a=1 và b>0: logab=α⇔aα=b. Kí hiệu logb=lgb=log10b (lôgarit thập phân), lnb=logeb (lôgarit tự nhiên, e≈2,718).
Tính chất (với 0<a=1; b,c>0)
Công thức
Giá trị đặc biệt
loga1=0; logaa=1; logaaα=α; alogab=b
Lôgarit của tích, thương
loga(bc)=logab+logac; logacb=logab−logac
Lôgarit của lũy thừa
logabα=αlogab; logaβb=β1logab (β=0)
Đổi cơ số (0<c=1)
logab=logcalogcb; logab=logba1 (b=1)
Hàm số mũ và hàm số lôgarit
Tính chất
y=ax(0<a=1)
y=logax(0<a=1)
Tập xác định
R
(0;+∞)
Tập giá trị
(0;+∞)
R
Tính đơn điệu
Đồng biến nếu a>1, nghịch biến nếu 0<a<1
Như hàm mũ cùng cơ số
Điểm đặc biệt
Đồ thị đi qua (0;1) và (1;a)
Đồ thị đi qua (1;0) và (a;1)
Tiệm cận
Tiệm cận ngang y=0
Tiệm cận đứng x=0
Đồ thị y=2x và y=log2x đối xứng nhau qua đường thẳng y=x.Cơ số 21<1 — cả y=(21)x và y=log21x đều nghịch biến, hai đồ thị đối xứng nhau qua đường thẳng y=x (ví dụ hai điểm (−1;2) và (2;−1)).
Phương trình, bất phương trình mũ và lôgarit
Dạng
Cách giải
ax=b
Có nghiệm khi b>0: x=logab; vô nghiệm khi b≤0
af(x)=ag(x)
f(x)=g(x)
logax=b
x=ab
logaf(x)=logag(x)
f(x)=g(x)>0
Bất phương trình
a>1: giữ chiều; 0<a<1: đổi chiều; luôn kèm điều kiện xác định của lôgarit
Các cách biến đổi thường dùng: đưa về cùng cơ số; lấy lôgarit hai vế; dùng quy tắc tích, thương để gộp các lôgarit. Đặt ẩn phụ t=ax (điều kiện t>0) hoặc t=logax là cách mở rộng: chương trình 2018 chỉ yêu cầu giải phương trình, bất phương trình mũ và lôgarit ở dạng đơn giản, nên dạng cần đặt ẩn phụ ít khả năng xuất hiện trong đề tốt nghiệp.
Mô hình thực tế hay gặp
Mô hình
Công thức
Tăng trưởng theo tỉ lệ r mỗi kì
S=A(1+r)n
Tăng trưởng liên tục
S=Aert
Phân rã với chu kì bán rã T
m(t)=m0(21)Tt
Độ pH
pH=−log[H+]
Mức cường độ âm (dB)
L=10logI0I
Dạng bài thường gặp trong đề thi
Dạng
Thường gặp ở
Mức độ hay hỏi
1. Biến đổi lũy thừa, lôgarit
Phần I
Nhận biết, thông hiểu
2. Tập xác định, tính đơn điệu, đồ thị
Phần I
Nhận biết, thông hiểu
3. Phương trình mũ
Phần I, III
Thông hiểu, vận dụng
4. Phương trình lôgarit
Phần I, III
Thông hiểu, vận dụng
5. Bất phương trình mũ, lôgarit
Phần I, III
Thông hiểu, vận dụng
6. Bài toán thực tế
Phần II, III
Vận dụng
Dạng 1: Biến đổi lũy thừa, lôgarit
Phương pháp.
Lũy thừa: viết mọi căn thành lũy thừa với số mũ hữu tỉ, rồi cộng, trừ số mũ.
Lôgarit: phân tích số dưới dấu lôgarit thành tích các lũy thừa (ví dụ 72=23⋅32), tách bằng quy tắc tích, thương, lũy thừa.
Khác cơ số: đổi về một cơ số chung (thường là cơ số đề cho sẵn giá trị, như log23=a).
Xem lời giải
a) P=a21+43−41=a1=a.
b) log354−log32=log327=3; log93=21 (vì 91/2=3). Vậy A=3+2⋅21=4.
Vậy P=8−4=4. (Kiểm tra bằng số: a=3, b=9 cho log3(9⋅729)−log39=8−4=4.)
Dạng 2: Tập xác định, tính đơn điệu, đồ thị
Phương pháp.
Tập xác định của y=logaf(x): giải f(x)>0 (và điều kiện cơ số nếu cơ số chứa x). Hàm mũ y=af(x) xác định khi f(x) xác định.
Đơn điệu: chỉ cần so sánh cơ số với 1. Cơ số dạng 32, 4π, e1, 0,8 đều nhỏ hơn 1; còn 2, 2e, 3π lớn hơn 1.
So sánh hai số cùng cơ số: dùng tính đơn điệu. Đọc đồ thị y=ax: giao với đường thẳng x=1 có tung độ đúng bằng a.
Xem lời giải
Hàm mũ và hàm lôgarit nghịch biến khi cơ số thuộc (0;1). Cơ số 32 và 21 nhỏ hơn 1; cơ số 3 và e lớn hơn 1.
Vậy hai hàm nghịch biến là y=(32)x và y=log21x.
Xem lời giải
a) x2−4x+3>0⇔(x−1)(x−3)>0⇔x<1 hoặc x>3. Tập xác định D=(−∞;1)∪(3;+∞).
b) Cơ số 0,5<1 nên y=log0,5x nghịch biến; 3<5 nên log0,53>log0,55.
Xem lời giải
a) Đúng. Hàm số xác định khi x+3>0⇔x>−3.
b) Sai. Cơ số 4>1 nên hàm số đồng biến trên (−3;+∞).
c) Đúng.f(1)=log44=1.
d) Đúng.f(x)≤2⇔x+3≤42=16 (giữ chiều vì 4>1) ⇔x≤13. Kết hợp điều kiện: −3<x≤13, các nghiệm nguyên là −2; −1; …; 13 — đúng 16 số (không tính −3 vì tại đó hàm số không xác định).
Xem lời giải
Đồ thị y=cx đi xuống (hàm nghịch biến) nên 0<c<1. Hai đồ thị còn lại đi lên nên a>1, b>1.
Kẻ đường thẳng x=1: nó cắt các đồ thị tại điểm có tung độ đúng bằng a, b, c. Trên hình, giao điểm với y=ax cao hơn giao điểm với y=bx, nên a>b.
Vậy c<b<a.
Dạng 3: Phương trình mũ
Phương pháp.
Đưa hai vế về cùng cơ số: af(x)=ag(x)⇔f(x)=g(x).
(Mở rộng) Có a2x và ax (như 4x và 2x): đặt t=ax>0, giải phương trình bậc hai theo t, loại nghiệm t≤0.
Hai cơ số không đưa được về nhau (như 2 và 3): lấy lôgarit hai vế.
Xem lời giải
3x2−2x=33⇔x2−2x−3=0⇔x=−1 hoặc x=3.
Xem lời giải
4x=(2x)2 và 3⋅2x+1=6⋅2x. Đặt t=2x>0:
⇔t2−6t+8=0(t−2)(t−4)=0.
Được t=2 hoặc t=4, cả hai giá trị đều dương. 2x=2⇔x=1; 2x=4⇔x=2. Tập nghiệm {1;2}.
Xem lời giải
Lấy lôgarit tự nhiên hai vế (hai vế đều dương):
xln2x(ln3−ln2)=(x−1)ln3=ln3
x=ln3−ln2ln3≈2,7095.
Làm tròn đến hàng phần trăm: 2,71.
Dạng 4: Phương trình lôgarit
Phương pháp.
Viết điều kiện xác định cho từng lôgarit.
logaf(x)=b⇔f(x)=ab. Nhiều lôgarit cùng cơ số: gộp bằng quy tắc tích, thương rồi đưa về dạng trên.
(Mở rộng) Có loga2x và logax: đặt t=logax (không cần điều kiện cho t), giải theo t rồi suy ra x=at.
Đối chiếu nghiệm với điều kiện ban đầu (không phải điều kiện của biểu thức sau khi gộp).
Xem lời giải
Điều kiện x>1. Phương trình tương đương x−1=52=25⇔x=26 (thỏa điều kiện).
Xem lời giải
Điều kiện x−1>0 và x+1>0, tức x>1. Phương trình tương đương
⇔log2[(x−1)(x+1)]=3x2−1=8⇔x=±3.
Kết hợp điều kiện x>1: chỉ nhận x=3.
Xem lời giải
Điều kiện x>0. Đặt t=log2x: t2−5t+6=0⇔t=2 hoặc t=3.
log2x=2⇔x=4; log2x=3⇔x=8. Cả hai thỏa điều kiện, tổng các nghiệm là 12. Ghi phiếu: 12.
Chú ý: log22x nghĩa là (log2x)2, khác với log2x2=2log2∣x∣.
Dạng 5: Bất phương trình mũ, lôgarit
Phương pháp.
Viết điều kiện xác định (với lôgarit).
Đưa hai vế về cùng cơ số a.
So sánh cơ số với 1: a>1giữ chiều, 0<a<1đổi chiều khi bỏ cơ số.
Giao tập nghiệm vừa tìm với điều kiện; bài hỏi "số nghiệm nguyên" thì đếm các số nguyên trong tập nghiệm cuối cùng.
Xem lời giải
2x+1≥24⇔x+1≥4 (cơ số 2>1, giữ chiều) ⇔x≥3. Tập nghiệm [3;+∞).
Xem lời giải
Điều kiện 3x−2>0⇔x>32. Cơ số 41<1 nên đổi chiều:
(Nhận biết) Tìm tập xác định của hàm số y=log3(4−x2).
Xem đáp án
4−x2>0⇔−2<x<2. Tập xác định (−2;2).
(Nhận biết) Giải phương trình 5x−1=125.
Xem đáp án
5x−1=53⇔x=4.
(Thông hiểu) So sánh 0,72 và 0,71,4.
Xem đáp án
Cơ số 0,7<1 nên hàm y=0,7x nghịch biến; 2≈1,414>1,4 nên 0,72<0,71,4.
(Thông hiểu) Tính log25⋅log58.
Xem đáp án
Đổi cơ số: log25⋅log25log28=log28=3.
(Thông hiểu) Giải bất phương trình log5(3−x)<1.
Xem đáp án
Điều kiện 3−x>0⇔x<3. Cơ số 5>1 nên giữ chiều: 3−x<5⇔x>−2. Kết hợp điều kiện, tập nghiệm là (−2;3).
(Thông hiểu, mở rộng) Giải phương trình 9x−4⋅3x+3=0.
Xem đáp án
Đặt t=3x>0: t2−4t+3=0⇔t=1 hoặc t=3, nên x=0 hoặc x=1.
(Vận dụng thực tế) Độ lớn của động đất theo thang Richter là M=logA0A (A: biên độ rung chấn, A0: biên độ chuẩn). Biên độ của trận động đất 7,2 độ gấp khoảng bao nhiêu lần trận 5,9 độ?
Xem đáp án
A2A1=107,2−5,9=101,3≈20 lần.
(Vận dụng, phần III) Một dung dịch có nồng độ ion H+ là 2⋅10−4 mol/L. Tính pH của dung dịch, biết pH=−log[H+] (làm tròn đến hàng phần trăm).
Xem đáp án
pH=−log(2⋅10−4)=4−log2≈3,699. Làm tròn: 3,70.
(Vận dụng thực tế, phần III) Số vi khuẩn trong một môi trường nuôi cấy sau t giờ là N(t)=500e0,3t. Sau bao nhiêu giờ thì số vi khuẩn đạt 4000 con (làm tròn đến hàng phần mười)?
Xem đáp án
500e0,3t=4000⇔e0,3t=8⇔t=0,3ln8≈6,93. Làm tròn: 6,9 giờ.
Kiểm tra lại kiến thức vừa ôn
Làm 10 câu luyện tập về hàm số mũ và hàm số lôgarit và xem lời giải ngay sau mỗi câu.