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Rechner für logarithmische Gleichungen

log_b(x)=c · Summe von Logarithmen · Linear im Logarithmus · Natürlicher Logarithmus ln · Gleiche Basis

Lösen Sie Gleichungen, bei denen die Variable in einem Logarithmus steht. Mit vollständigem Rechenweg, Prüfung des Definitionsbereichs und Erkennung von Scheinlösungen.

Schnellbeispiele

Gleichungstyp

Gleichungsform: log_b(x) = c → x = bc

log₁₀(x) = 3

Gleichungsform: a·log_b(x) + c = d

Hinweis: Geben Sie d als Dezimalzahl ein (für 2log(x) = log(25) beim Zehnerlogarithmus d = 1,39794). Alternativ verwenden Sie oben das passende Schnellbeispiel.

2 · log₁₀(x) + 0 = d

Gleichungsform: log_b(ax+p) + log_b(cx+q) = log_b(k) oder = N

Erstes Logarithmusargument: (a·x + p)

Zweites Logarithmusargument: (c·x + q)

Rechte Seite: log_b(k) = N bedeutet k = bN

log₁₀(x + 3) + log₁₀(x − 1) = 5

Gleichungsform: ln(a·x + b) = c → x = (ec − b) / a

ln(2x − 1) = 4

Gleichungsform: log_b(Ax² + Bx + C) = N → Ax² + Bx + C = bN, quadratische Gleichung lösen

log₃(x² − 8x) = 2
Übersicht der Logarithmengesetze
Produktgesetz: log_b(x·y) = log_b(x) + log_b(y) Quotientengesetz: log_b(x/y) = log_b(x) − log_b(y) Potenzgesetz: log_b(x^n) = n · log_b(x) Basiswechsel: log_b(x) = ln(x) / ln(b) = log(x) / log(b) Umkehrung (Potenz): b^(log_b(x)) = x Umkehrung (Logarithmus): log_b(b^x) = x Besondere Werte: log_b(1) = 0, log_b(b) = 1 Definitionsbereich: log_b(x) nur definiert für x > 0, b > 0, b ≠ 1

Was sind logarithmische Gleichungen?

A logarithmische Gleichung ist eine Gleichung, in der die unbekannte Variable als Argument eines Logarithmus vorkommt. Die Beispiele reichen von der Grundform log(x) = 3 bis zu komplexeren Formen wie log₂(x+3) + log₂(x−1) = 5. Zum Lösen werden die Logarithmengesetze systematisch angewendet, um den Logarithmus zu isolieren. Anschließend liefert die Umkehrbeziehung zwischen Logarithmus und Potenz den Wert von x.

Logarithmische Gleichungen treten in vielen Bereichen auf: in der Chemie bei pH-Werten, in der Seismologie bei der Richterskala, in der Akustik bei Dezibelwerten und in der Finanzmathematik bei Zinseszins und Laufzeiten.

Arten logarithmischer Gleichungen

TypFormVerfahren
Grundformlog_b(x) = cPotenzieren: x = b^c
Linear im Logarithmusa·log_b(x) + c = dLogarithmus isolieren, dann potenzieren
Summe von Logarithmenlog(f(x)) + log(g(x)) = NProduktgesetz anwenden, danach Polynom lösen
Natürlicher Logarithmusln(ax+b) = cMit e potenzieren: ax+b = e^c
Gleichheit bei gleicher Basislog_b(quadratischer Ausdruck) = NQuadratischen Ausdruck = b^N setzen, lösen und Definitionsbereich prüfen

Die fünf wichtigsten Logarithmengesetze

Für das Lösen logarithmischer Gleichungen sind diese Rechengesetze entscheidend:

  • Produktgesetz: log_b(xy) = log_b(x) + log_b(y). Damit wird eine Summe von Logarithmen zu einem Logarithmus zusammengefasst.
  • Quotientengesetz: log_b(x/y) = log_b(x) − log_b(y). Damit wird eine Differenz von Logarithmen zusammengefasst.
  • Potenzgesetz: log_b(x^n) = n·log_b(x). Damit wird ein Faktor vor dem Logarithmus als Exponent in das Argument gebracht.
  • Basiswechselformel: log_b(x) = ln(x)/ln(b). Wandelt jede Basis zur numerischen Berechnung in natürliche Logarithmen um.
  • Umkehrbeziehung: b^(log_b(x)) = x. Die grundlegende Umkehrung, mit der ein isolierter Logarithmus entfernt wird.

Definitionsbereich und Scheinlösungen

Der wichtigste Punkt beim Lösen logarithmischer Gleichungen ist die Einschränkung des Definitionsbereichs: log_b(u) ist nur für u > 0 definiert. Diese Bedingung muss für jedes Logarithmusargument der Gleichung gleichzeitig gelten. Führt eine Summe von Logarithmen zu einer quadratischen Gleichung, muss jede Nullstelle einzeln geprüft werden. Eine Nullstelle ist eine Scheinlösung , wenn beim Einsetzen mindestens ein Argument null oder negativ wird.

Beim Lösen von log(x) + log(x−3) = 1 entstehen beispielsweise x = 5 und x = −2. Für x = −2 ist log(−2) nicht definiert, deshalb wird dieser Wert verworfen. Nur x = 5 ist gültig.

Natürlicher Logarithmus und Zehnerlogarithmus

Der natürliche Logarithmus (ln) verwendet die Eulersche Zahl e ≈ 2,71828 als Basis. Er tritt in der Analysis, in Differentialgleichungen sowie in Wachstums- und Zerfallsmodellen auf. Der Zehnerlogarithmus (log₁₀, häufig nur „log“) hat die Basis 10 und wird bei pH-Werten, der Richterskala und Dezibelberechnungen verwendet. Beide Logarithmen erfüllen dieselben Regeln; sie unterscheiden sich nur durch ihre Basis: log(x) = ln(x) / ln(10) ≈ ln(x) / 2,3026.

Anwendungen in der Praxis

  • pH-Berechnung: pH = −log[H⁺]. Die Wasserstoffionenkonzentration aus einem bekannten pH-Wert wird durch Potenzieren bestimmt: [H⁺] = 10^(−pH).
  • Richterskala: Erdbebenmagnitude M = log(I/I₀). Das Intensitätsverhältnis aus der Magnitude ergibt sich als: I/I₀ = 10^M.
  • Dezibel: Schallpegel L = 10·log(P/P₀). Das Leistungsverhältnis aus einem Dezibelwert folgt aus einer direkten logarithmischen Gleichung.
  • Finanzmathematik: Zinseszins A = P(1+r)^t. Zum Auflösen nach der Laufzeit t werden Logarithmen verwendet: t = log(A/P) / log(1+r).
  • Informationstheorie: Shannon-Entropie H = −∑ p·log₂(p). Die Bestimmung von Wahrscheinlichkeiten aus Entropiewerten führt auf logarithmische Gleichungen.
  • Radioaktiver Zerfall: N(t) = N₀·e^(−λt). Zum Auflösen nach der Zeit wird der natürliche Logarithmus verwendet: t = ln(N/N₀) / (−λ).

Ausführliches Beispiel: log₂(x+3) + log₂(x−1) = 5

Schritt 1 — Mit dem Produktgesetz zusammenfassen: log₂((x+3)(x−1)) = 5

Schritt 2 — Beide Seiten zur Basis 2 potenzieren: (x+3)(x−1) = 2⁵ = 32

Schritt 3 — Ausmultiplizieren: x² + 2x − 3 = 32 → x² + 2x − 35 = 0

Schritt 4 — Faktorisieren oder Mitternachtsformel anwenden: (x+7)(x−5) = 0 → x = −7 oder x = 5

Schritt 5 — Definitionsbereich prüfen: x = −7: log₂(−7+3) = log₂(−4) — nicht definiert. x = 5: log₂(8) und log₂(4) — beide definiert.

Ergebnis: x = 5 (x = −7 ist eine Scheinlösung)

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine logarithmische Gleichung?
Eine logarithmische Gleichung enthält die Variable in einem Logarithmus, etwa log(x) = 3. Zum Lösen werden Logarithmen isoliert oder zusammengefasst und anschließend durch Potenzieren entfernt. Die Prüfung des Definitionsbereichs verwirft Scheinlösungen.
Welche Logarithmengesetze werden zum Lösen benötigt?
Die fünf Grundregeln sind Produkt-, Quotienten- und Potenzgesetz, der Basiswechsel sowie die Umkehrbeziehung b^(log_b(x)) = x. Bei Summen von Logarithmen fasst insbesondere das Produktgesetz die linke Seite vor dem Potenzieren zusammen.
Was sind Scheinlösungen bei logarithmischen Gleichungen?
Scheinlösungen erfüllen die umgeformte Polynomgleichung, aber nicht den Definitionsbereich des Logarithmus. Weil log_b(u) nur für u > 0 definiert ist, muss jede Lösung verworfen werden, die ein Argument nichtpositiv macht.
Wie löst man log_b(x) = c?
Nach der Logarithmusdefinition bedeutet log_b(x) = c genau x = b^c. So folgt aus log₁₀(x) = 3 der Wert 1000 und aus log₂(x) = 5 der Wert 32. Die Lösung der reinen Grundform ist stets positiv.
Wie löst man Gleichungen mit einer Summe von Logarithmen?
Fassen Sie die Summe mit dem Produktgesetz log(A)+log(B)=log(AB) zusammen. Potenzieren Sie beide Seiten, lösen Sie das entstehende Polynom und prüfen Sie jede Nullstelle: Jedes ursprüngliche Logarithmusargument muss positiv sein.
Was ist der Unterschied zwischen log und ln?
log ist der Zehnerlogarithmus zur Basis 10, ln der natürliche Logarithmus zur Basis e ≈ 2,71828. Beide erfüllen dieselben algebraischen Regeln. ln wird häufig bei Wachstum und Zerfall verwendet, log₁₀ bei pH-Werten, Richterskala und Dezibel.
Wie löst man a·log_b(x) + c = d?
Isolieren Sie den Logarithmus in zwei Schritten: c subtrahieren und durch a teilen. Aus log_b(x) = (d−c)/a folgt durch Potenzieren x = b^((d−c)/a). Abschließend werden mögliche Scheinlösungen über den Definitionsbereich verworfen.