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Arbeitsblatt: Logarithmen – die Umkehrung der Exponentialfunktion
38 Aufgaben mit Platz zum Rechnen, dahinter das Lösungsblatt. Auf Papier steht die Tabelle so, wie sie gedacht ist: mit allen Spalten nebeneinander und Platz zum Rechnen dazwischen. Zur Aufgabenfolge
Logarithmen · Klasse 10
Logarithmen – die Umkehrung der Exponentialfunktion
Name: Datum:
Der Logarithmus ist die Umkehrung der Exponentialfunktion. Anders gesagt: Er beantwortet die Frage „Mit welcher Hochzahl muss ich potenzieren, damit ich bekomme?“
Formal: ⟺ .
Wenn (Zehner-Logarithmus), schreibt man oft einfach .
Wenn (natürlicher Logarithmus), schreibt man .
Die Logarithmusgesetze spiegeln die Potenzgesetze in der Umkehrung:
- (Produkt → Summe)
- (Quotient → Differenz)
- (Potenz → Faktor)
Damit kann man exponentielle Gleichungen wie lösen: oder .
Folge A: Direkt ablesen
Schreib für jede Gleichung die zugehörige Logarithmus-Form auf.
| Nr. | Potenzform | Logarithmus-Form |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 | ||
| 7 | ||
| 8 | ||
| 9 |
Folge B: Logarithmen ohne Taschenrechner
Berechne den Wert direkt im Kopf. (Frage: „mit welcher Hochzahl?“)
| Nr. | Aufgabe | Antwort |
|---|---|---|
| 10 | ||
| 11 | ||
| 12 | ||
| 13 | ||
| 14 | ||
| 15 | ||
| 16 | ||
| 17 | ||
| 18 |
Folge C: Anwendung der Logarithmusgesetze
Vereinfache mit den Gesetzen.
| Nr. | Aufgabe | Vereinfachung |
|---|---|---|
| 19 | ||
| 20 | ||
| 21 | ||
| 22 | ||
| 23 | ||
| 24 | (x > 0) | |
| 25 | (x, y > 0) |
Folge D: Exponentielle Gleichungen lösen
Hier braucht man den Logarithmus als Werkzeug, um die Variable t zu isolieren.
| Nr. | Gleichung | Lösungsweg | Lösung |
|---|---|---|---|
| 26 | |||
| 27 | |||
| 28 | |||
| 29 | (Verdopplung bei 5 % p.a.) | ||
| 30 | (Halbwertszeit bei 10 % Abnahme) | ||
| 31 | |||
| 32 |
Folge E: Basiswechsel und Plausibilität
In dieser Folge wird klar, dass die Basis nur bequemes Mittel ist – die Antwort ist immer dieselbe.
| Nr. | Aufgabe | Antwort |
|---|---|---|
| 33 | Berechne und . Was fällt auf? | |
| 34 | Berechne über . | |
| 35 | Berechne über . | |
| 36 | Berechne über . | |
| 37 | Wie groß ist ? | |
| 38 | Wie groß ist ? |
Zum Nachdenken
-
Aufgabe 3 zeigt: . Warum gilt das für jede Basis (also auch , , ...)?
-
Vergleiche Aufgabe 26 ( exakt) und Aufgabe 27 (). Warum ist die eine exakt und die andere nur näherungsweise?
-
In Folge D, Aufgabe 29, geht es um die Verdopplungszeit bei 5 % Wachstum. Die Antwort ist ≈ 14,21 Jahre. Wie nahe ist das an der Faustregel „72/p“?
-
Aufgabe 37 und 38: Warum ist der Logarithmus für und negative Werte nicht definiert? Wie hängt das mit der Exponentialfunktion zusammen?
-
Aufgaben 33–36 zeigen: Der Wert von ist unabhängig davon, welche Basis man bei der Umrechnung verwendet. Warum?
Lösungsblatt · Logarithmen
Logarithmen – die Umkehrung der Exponentialfunktion
Folge A: Direkt ablesen
| Nr. | Potenzform | Logarithmus-Form |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 | ||
| 7 | ||
| 8 | ||
| 9 |
Folge B: Logarithmen ohne Taschenrechner
| Nr. | Aufgabe | Antwort |
|---|---|---|
| 10 | 5 (denn 2⁵ = 32) | |
| 11 | ||
| 12 | ||
| 13 | ||
| 14 | ||
| 15 | ||
| 16 | ||
| 17 | ||
| 18 |
Folge C: Anwendung der Logarithmusgesetze
| Nr. | Aufgabe | Vereinfachung |
|---|---|---|
| 19 | ||
| 20 | ||
| 21 | ||
| 22 | ||
| 23 | ||
| 24 | (x > 0) | |
| 25 | (x, y > 0) |
Folge D: Exponentielle Gleichungen lösen
| Nr. | Gleichung | Lösungsweg | Lösung |
|---|---|---|---|
| 26 | direkt: | ||
| 27 | |||
| 28 | |||
| 29 | (Verdopplung bei 5 % p.a.) | ||
| 30 | (Halbwertszeit bei 10 % Abnahme) | ||
| 31 | |||
| 32 | erst durch 5: , dann |
Folge E: Basiswechsel und Plausibilität
| Nr. | Aufgabe | Antwort |
|---|---|---|
| 33 | Berechne und . Was fällt auf? | beide 3 |
| 34 | Berechne über . | |
| 35 | Berechne über . | |
| 36 | Berechne über . | ≈ 2,807 (identisch zu 35) |
| 37 | Wie groß ist ? | |
| 38 | Wie groß ist ? |