Eksponentielle sammenhænge
Eksponentielle sammenhænge
Eksponentielle sammenhænge
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Eksponentielle</strong> <strong>sammenhænge</strong><br />
Indholdsfortegnelse<br />
Variabel-<strong>sammenhænge</strong> .......................................................................................... 1<br />
1. Hvad er en eksponentiel sammenhæng? ............................................................ 2<br />
2. Forklaring med ord af ”eksponentiel vækst” ............................................... 2 , 6<br />
3. Konstanter a og b .......................................................................................... 2 , 7<br />
4. Praktisk brug af regneforskrift ....................................................................... 3 , 7<br />
Simple opgaver med isolation af ubekendt i b·a x =y ............................................... 8<br />
4.1) ( y ukendt) .................................................................................................... 8<br />
4.2) (b ukendt) .................................................................................................... 8<br />
4.3) (a ukendt) .................................................................................................... 8<br />
4.4) (x ukendt) .................................................................................................... 9<br />
4.5) (både b og y ukendte)................................................................................... 9<br />
4.6) (fordobling eller halvering) ........................................................................... 9<br />
4.7) (gennemsnitlig rentefod eller vækstrate) ...................................................... 9<br />
6. Vækst over forskellige perioder ...................................................................3 , 10<br />
7. Beregne a ud fra (x1, y1) og (x2, y2) ...............................................................3 , 10<br />
8. Voksende og aftagende eksponentielle <strong>sammenhænge</strong> ................................4 , 10<br />
9. Fordoblingstid og halveringstid (-konstant) ...................................................4 , 11<br />
10. Logaritmefunktionen .......................................................................... 4 , 12 , 15<br />
11. Potensligninger ................................................................................... 5 , 12 , 13<br />
13. Eksempler .......................................................................................................... 5<br />
14. Teknisk appendix om potenser, rødder, logaritmer og<br />
enkeltlogarimisk koordinatsystem ......................................................................... 13<br />
Variabel-<strong>sammenhænge</strong><br />
Vi bruger i det følgende:<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
1
x : Uafhængig variabel<br />
y : Afhængig variabel<br />
Sammenhængende x- og y-værdier kan skrives i et<br />
”sildeben”:<br />
x<br />
y<br />
2<br />
”Grafen” for en sammenhæng består af punkter<br />
(x, y)<br />
Nogle <strong>sammenhænge</strong> kan beskrives ved simple formler. Det gælder f. eks.<br />
lineære <strong>sammenhænge</strong>, eksponentielle <strong>sammenhænge</strong>, potens-<strong>sammenhænge</strong>.<br />
Vi omtaler nu:<br />
Ekspontielle <strong>sammenhænge</strong><br />
Oversigt og begrundelser (mundtlig eksamen ).<br />
1. Hvad er en eksponentiel sammenhæng?<br />
Definition:<br />
En eksponentiel sammenhæng beskrives ved en ligning<br />
Hvor a og b er positive konstanter.<br />
2. Forklaring med ord af ”eksponentiel vækst”<br />
En population vokser eksponentielt gennem en årrække, hvis den har samme procentiske vækst<br />
hvert år.<br />
F. eks. hvis befolkningstallet vokser med 8 % pr. år<br />
(konstanten a udregnes af vækstprocenten p pr x-enhed (f. eks. pr år) med formlen:<br />
Se også side 6 ”2. Forklaring med ord af ”eksponentiel vækst” – uddybning”<br />
3. Konstanter a og b<br />
b : ”y-akse-skæringen”<br />
Grafens skæring med y-aksen.<br />
Dvs. den y-værdi, der svarer til x=0.<br />
(Eks.: befolkningsstørrelse i året 0).<br />
a: ”fremskrivningsfaktoren”<br />
Når x stiger med 1,<br />
bliver y ganget med a.<br />
(Eks.: hver gang der går 1 år,<br />
ganges folketallet med 1.05)<br />
Se også side 7 ”3. Konstanter a og b - uddybning”<br />
)
4. Praktisk brug af regneforskrift<br />
for eksponentiel sammenhæng<br />
y = b ∙ a x<br />
Som eksempel, når x regnes i år:<br />
x : tid<br />
y : slutværdi<br />
b : begyndelsesværdi<br />
: årlig fremskrivningsfaktor<br />
5. Omskrivninger af regneforskriften<br />
y b <br />
log<br />
x<br />
log( a )<br />
y<br />
b<br />
x<br />
y<br />
a b a<br />
Se også side 7 ” 4. Praktisk brug af regneforskrift - uddybning ”<br />
6. Vækst over forskellige perioder<br />
Når x stiger med 1 , bliver y ganget med a<br />
Når x stiger med 2 , bliver y ganget med a∙a = a 2<br />
Når x stiger med 3 , bliver y ganget med a∙a∙a = a 3<br />
. . .<br />
Når x stiger med h , bliver y ganget med a h<br />
1 <br />
x<br />
Dette kan også formuleres således:<br />
Når x vokser fra x1 til x2 med stykket h = x2 – x1 , vil y ganges med fremskrivningsfaktoren<br />
Bemærk: Der er to fremskrivningsfaktorer i spil her. Tænker vi f. eks. på befolkningsvækst er<br />
a : fremskrivningsfaktoren for en periode på 1 år<br />
F : fremskrivningsfaktoren for en periode på h år<br />
Se også side 10 ”6. Vækst over forskellige perioder - uddybning”<br />
7. Beregne a ud fra (x1, y1) og (x2, y2)<br />
”<br />
(<br />
eller √(<br />
) (<br />
)<br />
)<br />
Se også side 10 ” 7. Beregne a ud fra (x1, y1) og (x2, y2) – uddybning”<br />
3
8. Voksende og aftagende eksponentielle <strong>sammenhænge</strong><br />
Se også side 10 ”<br />
8. Voksende og aftagende eksponentielle <strong>sammenhænge</strong> - uddybning”<br />
Hvis a er større end 1, er y = b ∙ a x<br />
voksende<br />
(- og har en fordoblingskonstant)<br />
9. Fordoblingstid og halveringstid (-konstant)<br />
Definition af ”Fordoblingstid” (når x måler tid):<br />
Den tid, T, det tager for y at fordobles<br />
Sætning:<br />
Ved en voksende eksponentiel udvikling,<br />
y = b ∙ a x ,<br />
afhænger fordoblingstiden, T, kun af konstanten a,<br />
og er den samme uanset hvilket tidspunkt x1 der<br />
bruges som udgangspunkt. Kaldes derfor også<br />
”fordoblingskonstanten”<br />
T kan beregnes af den sædvanlige y = b ∙ a x ,<br />
hvor y gives den dobbelte værdi af b. Eller:<br />
Formel<br />
Omformninger:<br />
( )<br />
( ) (<br />
) √<br />
Hvis a er mellem 0 og 1, er y = b ∙ a x<br />
aftagende<br />
( - og har en halveringskonstant)<br />
4<br />
Definition af ”Halveringstid” (når x måler tid):<br />
Den tid, T, det tager for y at halveres<br />
Sætning:<br />
Ved en aftagende eksponentiel udvikling,<br />
y = b ∙ a x ,<br />
afhænger halveringstiden, T, kun af konstanten a,<br />
og er den samme uanset hvilket tidspunkt x1 der<br />
bruges som udgangspunkt. Kaldes derfor også<br />
”halveringskonstanten”<br />
T kan beregnes af den sædvanlige y = b ∙ a x ,<br />
hvor y gives den halve værdi af b. Eller:<br />
Formel<br />
Omformninger:<br />
( )<br />
( ) (<br />
Se også side 11 ”9. Fordoblingstid og halveringstid (-konstant) - uddybning”<br />
10. Logaritmefunktionen<br />
Logaritmefunktionen, log(t), er defineret sådan at<br />
gælder for alle tal, x.<br />
( )<br />
Eksempel<br />
log(1000) = 3 , da<br />
) √<br />
Se også side 12 ”10. Logaritmefunktionen - uddybning” og evt.appendix side 15 ”14.5. Logaritmer”
11. Potensligninger<br />
( )<br />
( )<br />
√<br />
5<br />
Eksempler:<br />
( )<br />
( )<br />
Se også side 12 ”11. Potensligninger - uddybning” og evt. side 13<br />
”14. Teknisk appendix om potenser, rødder, logaritmer og enkeltlogarimisk koordinatsystem”<br />
( 12. udgået)<br />
13. Eksempler<br />
Renter<br />
Befolkningsvækst<br />
Prisstigninger<br />
Radioaktivt henfald<br />
Rapport om medicin i blodet<br />
14. Teknisk appendix om potenser, rødder, logaritmer og enkeltlogarimisk koordinatsystem<br />
Side 13<br />
√
Om uddybningerne nedenfor (begrundelser, beviser, eksempler).<br />
Regneudtrykket y er lettest at forstå, når x er et helt positivt tal, f. eks. 3:<br />
.<br />
Regler og formler om eksponentiel vækst gælder imidlertid også, for x-værdier (tidsangivelser) som er<br />
decimaltal. Det giver mening at spørge: Hvor stor er populationen efter 3.4 år? Og at udregne et svar som<br />
Den matematiske betydning af den slags potenser er berørt i appendix: ”Potenser, rødder og logaritmer”.<br />
Men i nedenstående beviser og begrundelser vil vi holde os til de anskuelige tilfælde med x-værdier, som er<br />
positive hele tal eller evt. 0. Havde man bevist ”potensregnereglerne” for alle reelle tal som eksponenter,<br />
ville det ikke være svært at bevise sætningerne om eksponentielle <strong>sammenhænge</strong> helt generelt.<br />
- - -<br />
Vi vil i regler og begrundelser ofte tale om den eksponentielle sammenhæng som én der beskriver en<br />
størrelse, y, (f. eks. en population) der vokser med tiden, x, hvor x regnes i år. Matematisk set er dette<br />
naturligvis ingen nødvendighed, resultaterne gælder uanset hvad x er for en størrelse, og hvilken enhed<br />
den angives i.<br />
En del af de 14 punkter i oversigten side 2 - 5 uddybes nedenfor.<br />
Et ”teknisk appendix” til sidst (fra side 13 til 17) rækker ud over hvad der forventes i matematik C.<br />
2. Forklaring med ord af ”eksponentiel vækst” – uddybning<br />
En population vokser eksponentielt gennem en årrække, hvis den har samme procentiske vækst<br />
hvert år.<br />
F. eks. hvis en kapital vokser med 8 % pr. år<br />
(konstanten a udregnes af vækstprocenten p pr x-enhed (f. eks. pr år) med formlen:<br />
Forklaring:<br />
Fra procentregning kender vi fremskrivningsfaktoren F fra y1 til y2 , som opfylder<br />
y2 = y1 ∙ F<br />
Ved eksponentiel vækst bruger man bogstavet a i stedet for F, for den fremskrivningsfaktor, der optræder,<br />
når x stiger med 1. Hvis x måles i år: det som y ganges med, når der går 1 år.<br />
I stedet for<br />
skriver vi altså<br />
6<br />
, og<br />
p er nu den vækstprocent der gælder pr. x-enhed, f. eks. den årlige vækstprocent.<br />
Eksempel om rentetilskrivning:<br />
1000 kr. indsættes og forrentes med 8 procent om året. Hvor mange penge står på kontoen efter 10 år?<br />
Hvert år tillægges 8%, det betyder at beløbet ganges med fremskrivningsfaktoren<br />
a = (<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
) (<br />
)<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
)
Vi kan da opstille følgende oversigt (se i øvrigt eksempel om Renters rente i Rentesregning side 3<br />
Efter 0 år: 1000<br />
Efter 1 år: 10001,08<br />
Efter 2 år: 10001,081,08<br />
Efter 3 år: 10001,081,081,08 = 10001,08 3<br />
…<br />
Efter 10 år: 10001,08…1,08 = 10001,08 10 = 2158,92<br />
Med bogstaver: b ∙ a x = y<br />
3. Konstanter a og b - uddybning<br />
Sætning om b:<br />
b er grafens skæring med y-aksen.<br />
Dvs. når x=0 , er y = b.<br />
(Eks.: b er befolkningsstørrelse i året 0).<br />
Bevis:<br />
I regneforskriften for en eksponentiel<br />
sammenhæng indsætter vi x=0 , og husker at a 0 = 1:<br />
y = b ∙ a x<br />
y = b ∙ a 0 = b ∙ 1, altså<br />
y = b<br />
Sætning om a:<br />
Når x stiger med 1, bliver y ganget med a. (”fremskrivningsfaktoren” )<br />
(Eks.: hver gang der går 1 år, ganges folketallet med 1.05)<br />
Begrundelse ud fra definitionen y = b ∙ a x (med taleksempel for x-værdier):<br />
Vi ser på eksempler hvor x-værdierne er hele tal, her x1=3 og x2 er 1 større:<br />
x2 = x1+1 = 4<br />
De tilsvarende y-værdier udregnes ved hjælp af forskriften y = b ∙ a x<br />
Altså hvilket viser at y ganges med a , når x stiger med 1<br />
4. Praktisk brug af regneforskrift - uddybning<br />
y = b ∙ a x<br />
Når x regnes i år:<br />
x : tid<br />
y : slutværdi<br />
b : begyndelsesværdi<br />
: årlig fremskrivningsfaktor<br />
7
Simple opgaver med isolation af ubekendt i b·a x=y<br />
4.1) ( y ukendt)<br />
100 kr. forrentes i 5 år med 12% hvert år. Beregn slutkapitalen.<br />
x = 5 (år)<br />
y = ?<br />
b = 100 kr.<br />
x<br />
b a y<br />
5<br />
100 1,<br />
12 176,<br />
26<br />
Altså slut-kapital (y) bliver 176,26 kr.<br />
4.2) (b ukendt)<br />
På en bankkonto fås 7,5% årligt Om 15 år ønskes et rådighedsbeløb på 25000 kr.<br />
Hvor meget skal man sætte ind nu?<br />
x = 15 (år)<br />
y = 25000 kr.<br />
b = ?<br />
x<br />
ba y<br />
b<br />
<br />
15<br />
1,075 25000<br />
Med solve/løs ligning<br />
i f. eks. WordMat / Casio FX 991/<br />
b 8449,15<br />
Der skal nu altså indsættes beløbet 8449,15 kr.<br />
eller<br />
4.3) (a ukendt)<br />
I en reklame står at en kapital på 6 år øges fra 500 kr. til 800 kr.<br />
Hvor stor er den årlige rentefod?<br />
x = 6 (år)<br />
y = 800 kr.<br />
b = 500 kr.<br />
? p = ?<br />
x<br />
b a y<br />
6<br />
500a800 Med solve/løs ligning<br />
i f. eks. WordMat / Casio FX 991/<br />
a 1,0815<br />
eller<br />
Procentændringen på en tidsenhed beregnes således:<br />
p( a1)<br />
100 (1,0815 1) 100 8,15<br />
Den årlige rentefod er altså 8,15%<br />
8<br />
x<br />
ba y<br />
Idet b skal findes bruges omkrivningen<br />
y 25000<br />
b 8449,15<br />
x<br />
15<br />
a 1,075<br />
x<br />
ba y<br />
Idet a skal findes<br />
bruges omskrivningen<br />
11 <br />
x 6 <br />
y 800 <br />
a 1,0815<br />
b 500
4.4) (x ukendt)<br />
Verdens befolkning er 6 mia. og vokser med 1,8% om året. Hvornår når den op på 10 mia.?<br />
x = ?<br />
y = 10 mia.<br />
b = 6 mia<br />
x<br />
ba y<br />
x<br />
61,018 10<br />
Med solve/løs ligning<br />
i f. eks. WordMat / Casio FX 991/<br />
x 28,6<br />
eller<br />
9<br />
x<br />
ba y<br />
Idet x skal findes bruges omskrivningen<br />
y 10 <br />
log log <br />
b 6<br />
x <br />
<br />
<br />
<br />
28,6<br />
log( a)<br />
log(1,018)<br />
(Om logaritmer: log er en lommeregner-tast, regneteknisk hjælpemiddel, se evt. kort gennemgang side …)<br />
Om 28,6 år når verdens befolkning op på 10 mia., hvis den fortsat vokser med 1,8% hvert år<br />
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -<br />
Andre opgavetyper<br />
4.5) (både b og y ukendte)<br />
Undertiden kendes hverken y eller b som absolutte tal, men kun forholdet mellem dem, f. eks. udtrykt i<br />
procent. Det kan som regel betale sig at sætte b = 100%. Vi giver et eksempel.<br />
Eksempel<br />
Et beløb blev forrentet med fast rentefod i 6 år, og voksede derved med i alt 60%.<br />
Hvad var rentefoden?<br />
Vi sætter startværdien til “100%” og får så:<br />
x = 6 (år)<br />
b = 100%<br />
y = 100% + 60% = 160%<br />
a ukendt<br />
p = ?<br />
Dvs. rentefoden var 8,15%<br />
x<br />
ba y<br />
6<br />
100a160 ...(se type 3 ovenfor, a ukendt)...<br />
a 1,0815<br />
p( a1)<br />
100 (1,0815 1) 100 8,15<br />
4.6) (fordobling eller halvering)<br />
Mange opgaver eller problemstillinger handler om hvor lang tid en eksponentielt voksende størrelse er om<br />
at fordobles. (Eller halveres, hvis det er en aftagende udvikling). Man taler om ”fordoblingstid” henholdvis<br />
”halveringstid”. Sådanne opgaver kan løses uden at huske andre formler end regneforskriften<br />
Øvelse<br />
En population voksede med 3% om året. Hvor længe var den om at blive fordoblet?<br />
Vi sætter som ovenfor begyndelseværdien b til 100%, og ”slutværdien” til det dobbelte: 200%<br />
x<br />
ba y<br />
4.7) (gennemsnitlig rentefod eller vækstrate)<br />
Ofte vokser en størrelse uregelmæssigt og med alt andet end samme procent hvert år.<br />
Måske ønsker man at vide hvor mange procent den årlige vækst været i gennemsnit.<br />
Man har vedtaget at give begrebet ”gennemsnitlig rentefod” eller ” gennemsnitlig vækstrate” en præcis<br />
matematisk betydning, som måske er lidt anderledes end man ville forvente.<br />
Man definerer den gennemsnitlige vækstrate (rentefod) som svaret på følgende spørgsmål:
”Hvis væksten havde været eksponentiel, hvad skulle den konstante vækstrate så være for at komme<br />
fra samme udgangsposition til samme slutposition på samme tid?”<br />
Øvelse<br />
I år 2006 kostede en bestemt vare 200 kr, og i 2008 var prisen 242 kr.<br />
Hvad var den gennemsnitlige årlige vækstrate?<br />
x = 2 (år)<br />
y = 242 (kr). (slutværdi ifølge faktiske oplysninger)<br />
b = 200 (kr.) (udgangsposition)<br />
a = ukendt (gennemsnitlig fremskrivningsfaktor)<br />
p = ? (procenttal for gennemsnitlig vækstrate, beregnes ud fra a)<br />
(Svaret er : Den gennemsnitlige vækstrate var 10% ; vis mellemregningerne!)<br />
6. Vækst over forskellige perioder - uddybning<br />
Sætning:<br />
Når x stiger med 1, bliver y ganget med a<br />
Når x stiger med 2, bliver y ganget med a∙a = a 2<br />
Når x stiger med 3, bliver y ganget med a∙a∙a = a 3<br />
. . .<br />
Når x stiger med h, bliver y ganget med a h<br />
Begrundelse:<br />
Antag at y har nået værdien y1.<br />
Se ”Eksponenitiel begrundelse 3a” ovenfor<br />
Når x herefter stiger med 1 ( der går 1 år), og herefter med endnu 1 og endnu 1, fås følgende værdier af y:<br />
y1∙a, y1∙a∙a, y1∙a∙a∙a<br />
At y bliver ganget med a h , når x stiger med h, kan vi også skrive sådan:<br />
y1∙ a h = y2 , hvor x-stigningen h er x2 - x 1 . Om fremskrivningsfaktoren F ved vi:<br />
y1∙ F = y2<br />
Og vi ser dels at F = a h . Dels kan vi isolere F af ligningen y1∙ F = y2 , og det giver<br />
I alt har vi altså<br />
7. Beregne a ud fra (x1, y1) og (x2, y2) – uddybning<br />
(x1, y1) og (x2, y2) er to punkter på grafen for y = b∙a x<br />
I fortsættelse af ovenstående ” 6. Vækst over forskellige perioder - uddybning” side 10 isolerer vi a i af<br />
og får ifølge reglen om løsning af 11. Potensligninger side 5<br />
√<br />
eller (<br />
Da h = x2 - x 1 kan dette omskrives:<br />
√<br />
) (<br />
eller (<br />
)<br />
) (<br />
)<br />
10
8. Voksende og aftagende eksponentielle <strong>sammenhænge</strong> - uddybning<br />
Sætning:<br />
Hvis a er større end 1, er y = b ∙ a x voksende<br />
Begrundelse:<br />
Tænk på en population, der vokser med en årlig fremskrivningsfaktor på 1.05<br />
Hvert år ganges populationen med 1.05, og da dette tal er større end 1 bliver populationen større og større.<br />
Sætning:<br />
Hvis a er mellem 0 og 1, er y = b ∙ a x aftagende<br />
Tænk på en population, der ændres med en årlig fremskrivningsfaktor på 0.97<br />
Hvert år ganges populationen med 0.97, og da dette tal er mindre end 1 bliver populationen mindre og<br />
mindre.<br />
9. Fordoblingstid og halveringstid (-konstant) - uddybning<br />
Sætning:<br />
Ved en voksende eksponentiel udvikling, y = b ∙ a x , afhænger fordoblingstiden, T, kun af konstanten a, og<br />
er den samme uanset hvilket tidspunkt x1 der bruges som udgangspunkt. Kaldes derfor også<br />
”fordoblingskonstanten”<br />
Eksempel:<br />
Se på en population, der vokser med 2% om året, det passer omtrent med verdens befolkning. Den årlige<br />
fremskrivningsfaktor er<br />
Ifølge ”6. Vækst over forskellige perioder” ovenfor ganges popuIationen med a h i enhver periode af<br />
længde h .<br />
Lad os nu se på en periode på 35 år. Populationens størrelse ganges i løbet af enhver 35-årsperiode med<br />
tallet<br />
Det er altså næsten præcist rigtigt at sige at populationen fordobles på 35 år, dvs. at fordoblingstiden er 35<br />
år (eller ”fordoblingskonstanten”). For den nøjagtige fordoblingskonstant skrives T eller T2 i stedet for h.<br />
Vi har altså, at<br />
Reglerne om løsning af potensligninger (side )giver:<br />
( )<br />
( ) ( ) √<br />
Begrundelserne vedrørende halveringstid/halveringskonstant følger samme mønster.<br />
11
10. Logaritmefunktionen - uddybning<br />
Logaritmefunktionen er defineret som "den omvendte funktion til 10 x "<br />
Det betyder at den "tæller nuller" når den anvendes på meget runde tal:<br />
Da 10 3 = 1000 er log(1000) = 3<br />
Da 10 2 = 100 er log(100) = 2<br />
Da 10 1 = 10 er log(10) = 1<br />
Da 10 0 = 1 er log(1) = 0<br />
Da 10 -1 = 0,1 er log(0,1) = -1<br />
Da 10 -2 = 0,01 er log(0,01) = -2<br />
(Dette princip gælder også for mere skæve tal:<br />
Da 10 1,5 = 31,6 er log(31,6) = 1,5 (lille afrundingsfejl))<br />
Man kan også sige at sildebenet vendes:<br />
x -2 -1 0 1 1,5 2<br />
10 x<br />
Vendes på hovedet:<br />
0,01 0,1 1 10 31,6 100<br />
x 0,01 0,1 1 10 31,6 100<br />
log(x) -2 -1 0 1 1,5 2<br />
Se eventuelt mere i det tekniske appendix 14.5. Logaritmer side 15.<br />
11. Potensligninger - uddybning<br />
x<br />
3 12<br />
hhv.<br />
5<br />
x <br />
20<br />
Eksempel 11.1<br />
I et potensopløftnings-udtryk kan den ubekendte stå "oppe" som eksponent, og så skal den "logges" ned.<br />
x<br />
Se på ligningen 100 1000000<br />
Her kan man måske gætte at x=3 idet 100 3 = 100100100 = 1 000 000.<br />
Tallet 100 3 = 100100100 har nemlig 3∙2 = 6 nuller<br />
Division af de 6 nuller (i 1 000 000) med de 2 nuller ( i 100) giver i virkeligheden resultatet x=3.<br />
Vi skriver således:<br />
x<br />
100 = 1000000<br />
log( 1000000)<br />
6<br />
x=<br />
<br />
log( 100)<br />
2<br />
x=<br />
3<br />
Vi viser nu et lignende eksempel, men med mindre pæne tal:<br />
(Eksempel 11.2)<br />
x=<br />
Gør selv prøve ved at udregne om 3 2,26 x=<br />
2,<br />
26<br />
giver 12 (eller tæt på)!<br />
Eksempel 11.3<br />
Hvis den ubekendte står for neden, gøres således:<br />
x<br />
3 = 12<br />
log( 12)<br />
log( 3)<br />
12
(Eksempel 11.3)<br />
Det lille 5-tal flyttes altså over på den anden side af lighedstegnet og bliver til (1/5)<br />
- - -<br />
1 5 5<br />
Alternativ skrivemåde (og indtastning): Ofte skrives 20 som 20<br />
(Den femte rod af 20, dvs. det positive tal, som ganget med sig selv 5 gange giver 20).<br />
Se evt. mere i nedenstående tekniske appendix ”14.3. Rødder √ ” side 13<br />
14. Teknisk appendix om potenser, rødder, logaritmer og enkeltlogarimisk koordinatsystem<br />
14.1. Potenser (læses ”x i n’te”) hvor n er et positivt, helt tal. Eksempler:<br />
14.2. Potenser hvor n er 0 eller et negativt, helt tal. Ovenstående tabel fortsættes ved hver gang at<br />
dividere med 10 hhv . med x<br />
14.3. Rødder √<br />
(læses ”den n’te rod af x” ) hvor n er et positivt, helt tal, t er positiv eller 0<br />
Som illustration forklarer vi ”den tredje rod af 64”, √<br />
Tallet √<br />
er<br />
det positive tal, x , der opfylder (altså )<br />
(Dette kan vi også udtrykke på en måde, der fremtidig hjælper os med ligningsløsning<br />
Ligningen<br />
har løsningen √<br />
At alle positive tal har en tredje rod, kan anskueliggøres ved at tegne en graf for funktionen<br />
Sildeben:<br />
Graf:<br />
x = 5<br />
x=<br />
x=<br />
20<br />
1<br />
20<br />
<br />
1 <br />
<br />
5 <br />
, 82<br />
0 1 2 3 x=? 5<br />
0 1 8 27 64 125<br />
13
14.4. Potenser , hvor<br />
Som eksempel vælger vi (<br />
er uforkortelig brøk med hele positive tal i tæller og nævner.<br />
)<br />
Man definerer dette tal således: ( ) ( √ )<br />
Baggrunden for denne definition er, at de såkaldte ”potensregneregler” derved er opfyldt (så længe x er et<br />
positivt tal). Dette er dog et langsommeligt arbejde at bevise.<br />
(Potensregnereglerne: se side 10 af folkeskole-formelsamling vedlagt her som sidste side)<br />
Som specialtilfælde har vi brøker med tæller 1, f.eks.<br />
( ) √<br />
14<br />
som eksponent. Der gælder<br />
og (se ”3. Rødder” ovenfor): Når t er et postitivt tal, og q≠0 gælder (som anført under 11. Potensligninger<br />
side 5 ) at ligningen<br />
Hvordan har man fundet på at definere (<br />
har løsningen √<br />
) ( √<br />
) ?<br />
Potensregnereglen ( ) er let nok at forstå i et taleksempel med hele tal som eksponenter:<br />
( ) ( ) ( ) ( ) ( )<br />
Hvis reglen også skal gælde for tal som 0.01 og 0.13 som eksponenter, så må der gælde om tallet<br />
at ( ) , altså hvoraf<br />
(se afsnit 3 Rødder på forrige side)<br />
√ . Herved ses at er nødt til at være lig √<br />
Med samme begrundelse kan vi fortsætte:<br />
( ) ( √<br />
)<br />
(<br />
)<br />
hvis potensreglerne skal passe.
14.5. Logaritmer<br />
Definition:<br />
Tallet ( x =) log(t) er defineret som det tal, x ,<br />
der opfylder 10 x = t.<br />
Grafen for 10 x antyder grunden til at sådan et tal x<br />
kan findes for alle positive værdier af t.<br />
Eksempel 14.5.1. Tallet x= log(100) er det tal, der<br />
opfylder 10 x = 100, altså tallet 2, idet 10 2 =100.<br />
Som man også kan efterprøve på lommeregneren,<br />
gælder altså log(100) = 2<br />
Eksempel 14.5.2.<br />
Tallet (x=) log(50) findes på lommeregneren til<br />
1,69897….<br />
Vi prøver om det passer med at 10 x = 50. Med de<br />
anførte decimaler fås (se definition 4 ovenfor)<br />
(<br />
) ( √<br />
- det er altså rigtigt nok bortset fra afrundningsfejl.<br />
)<br />
15