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Bachillerato

Ecuaciones logarítmicas y su dominio

El logaritmo es una pregunta sobre una potencia: ¿a qué exponente tengo que elevar la base para obtener el argumento? Resolveremos primero esa pregunta y mantendremos el dominio visible, porque no hay logaritmos reales de cero ni de números negativos.

1. El resultado del logaritmo es un exponente

logₐu=c significa aᶜ=u. a es la base, u el argumento y c el exponente buscado.

Para esta definición real necesitamos a>0, a≠1 y u>0.
El logaritmo pregunta por la pieza que falta en una potencia
Buscamos el exponente5² = 25base 5resultado 25log₅25 = 2¿A qué elevo 5 para obtener 25?La respuesta es el exponente 2.Base: 5. Argumento: 25.
La potencia cinco al cuadrado igual a veinticinco se escribe como logaritmo en base cinco de veinticinco igual a dos. La base sigue siendo cinco; el argumento es el resultado veinticinco de la potencia; el resultado del logaritmo es el exponente dos. La flecha señala un cambio de escritura equivalente, no una multiplicación de cinco por dos. Se fijan base positiva distinta de uno y argumento positivo para que la pregunta tenga un único exponente real. Otros argumentos positivos pueden producir exponentes negativos o cero.

El resultado c puede ser negativo o cero. Si a>1, un argumento entre cero y uno produce un exponente negativo; el argumento sigue siendo positivo. ln usa base e y log₁₀ usa base diez.

La misma información escrita de dos maneras

Leer log₅25=2.

  1. Base

    Cinco.

  2. Pregunta

    ¿Qué exponente de cinco produce veinticinco?

  3. Potencia

    5²=25: el resultado es dos.
Resultado

El argumento no es la base multiplicada por el resultado.

Lo comprobamos

5·2=10 no tiene relación con la definición de este logaritmo.

Un resultado negativo con argumento positivo

Calcular log₃(1/9).

  1. Potencia

    3⁻²=1/9.
  2. Definición

    El exponente buscado es −2.

  3. Dominio

    1/9 es positivo; el logaritmo existe.

Resultado

log₃(1/9)=−2.

Lo comprobamos

Un argumento negativo sería otra situación y no se admite en ℝ.

2. Anotamos el dominio de cada logaritmo antes de combinarlos

Cada argumento debe ser estrictamente positivo. Intersectamos todas las condiciones: no basta con que el producto de argumentos sea positivo. Un cero tampoco es admisible.

Si la base depende de x, añadimos base>0 y base≠1.

Si hay denominadores externos, conservamos sus exclusiones. Las restricciones pertenecen a la expresión inicial y no se borran al transformarla.

Dos condiciones deben cumplirse a la vez

Dominio de log₃(x−1)+log₃(x+1).

  1. Primer argumento

    x−1>0: x>1.
  2. Segundo

    x+1>0: x>−1.
  3. Intersección

    x>1 es el dominio común.
Resultado

No sirve la región x<−1.

Lo comprobamos

Allí ambos argumentos son negativos aunque su producto sea positivo.

La base también puede imponer restricciones

Preparar logₓ9=2.

  1. Argumento

    9>0, siempre.
  2. Base

    x>0 y x≠1.
  3. Conservar

    Estas condiciones acompañan a la ecuación x²=9 que aparecerá después.

Resultado

No se acepta una base negativa por salir de la auxiliar.

Lo comprobamos

x=−3 no define el logaritmo real de base variable usado aquí.

3. Pasamos a potencia o igualamos argumentos con una misma base

logₐu(x)=c equivale a u(x)=aᶜ dentro del dominio.

Si logₐu=logₐv, la inyectividad del mismo logaritmo permite u=v, con ambos argumentos positivos.

No quitamos dos logaritmos de bases diferentes como si fueran el mismo operador. En ese caso puede hacer falta cambiar de base o calcular sus valores.

Una ecuación lineal después del logaritmo

Resolver log₄(3x−2)=2.

  1. Dominio

    3x−2>0: x>2/3.
  2. Potencia

    3x−2=4²=16.
  3. Resolver

    x=6; el argumento vale 16 y log₄16=2.
Resultado

La solución cumple el dominio.

Lo comprobamos

El resultado dos se convierte en exponente.

La base decreciente sigue siendo inyectiva

Resolver \log_{1/2}(x+2)=\log_{1/2}(3x).

  1. Dominio

    x+2>0 y 3x>0: x>0.
  2. Igualar

    x+2=3x.
  3. Resolver

    x=1; ambos argumentos valen tres.
Resultado

Una igualdad no cambia por tener base menor que uno.

Lo comprobamos

Las bases coinciden y son admitidas.

4. Sumar logaritmos combina un producto; restarlos, un cociente

Para u,v>0 y la misma base válida: logₐu+logₐv=logₐ(uv), y logₐu−logₐv=logₐ(u/v). Son consecuencias de sumar o restar exponentes en un producto o cociente de potencias.

El dominio original descarta un candidato aunque su producto sea positivo
Cada argumento debe ser positivolog₃(x−1)+log₃(x+1)=1x>1 y x>−1 → x>1x²−1=3 → x=−2 o 2−2012−2: no admitido2: sí verificaUn producto positivo no basta.
La suma de logaritmos en base tres de x menos uno y x más uno igual a uno exige simultáneamente x mayor que uno y x mayor que menos uno. La intersección es x mayor que uno. Combinar da x cuadrado menos uno igual a tres, con candidatos menos dos y dos. La recta comparte una sola escala de cuarenta unidades de dibujo por unidad real: el dominio comienza en uno con círculo vacío y continúa a la derecha. Menos dos se tacha porque ambos argumentos son negativos; dos sí es admisible y verifica logaritmo de uno más logaritmo de tres, cero más uno.
No existe logₐ(u+v)=logₐu+logₐv.

Combinar no sustituye el dominio original por el del producto: dos negativos dan producto positivo, pero sus logaritmos separados siguen sin existir como reales.

El producto genera dos candidatos y solo uno regresa

Resolver log₃(x−1)+log₃(x+1)=1.

  1. Dominio

    x>1.
  2. Combinar

    log₃(x²−1)=1: x²−1=3 y x=±2.
  3. Filtrar

    Solo 2 está en el dominio; log₃1+log₃3=0+1=1.
Resultado

La solución es 2; −2 se descarta.

Lo comprobamos

En −2 los argumentos son −3 y −1, ambos no admitidos.

Una diferencia produce un cociente, en ese orden

Resolver log₂(x+3)−log₂(x−1)=1.

  1. Dominio

    x>1.
  2. Cociente

    (x+3)/(x−1)=2.
  3. Resolver

    x+3=2x−2: x=5 y 8/4=2.
Resultado

La solución es 5.

Lo comprobamos

El logaritmo restado aporta el denominador.

5. Las potencias dentro del argumento requieren controlar el signo

Para u>0 y exponente real k, logₐ(uᵏ)=k logₐu.

Si el argumento original es x² con x≠0, la forma que conserva el dominio es logₐ(x²)=2logₐ|x|.

Escribir 2logₐx perdería las entradas negativas permitidas por x². También distinguimos el cuadrado de un logaritmo del logaritmo de un cuadrado: son operaciones colocadas en sitios diferentes.

El argumento puede ser un cuadrado de un negativo

Resolver ln(x²)=ln9.

  1. Dominio

    x≠0.
  2. Inyectividad

    x²=9.
  3. Valores

    x=−3 o 3: ambos cuadrados valen nueve.
Resultado

Se conservan las dos soluciones.

Lo comprobamos

Sustituir de entrada por 2lnx perdería −3.

Dos cuadrados colocados en sitios distintos

Evaluar (log₂x)² y log₂(x²) en x=8.

  1. Primero el logaritmo

    log₂8=3; su cuadrado es 9.
  2. Primero el cuadrado

    8²=64; log₂64=6.
  3. Comparar

    9≠6.
Resultado

Los paréntesis y la posición del exponente importan.

Lo comprobamos

La regla de potencia del argumento no eleva el resultado del logaritmo al cuadrado.

6. Un cambio t=logₐx puede aceptar t negativos

El cambio de base es logₐu=ln u/ln a.
Su denominador no es cero porque a≠1.

Permite relacionar bases o expresar un resultado exacto sin reconocer una potencia entera.

En una cuadrática en logₐx, llamamos t a ese bloque. El rango del logaritmo es todo ℝ: t negativo o cero es admisible. Después regresamos a x=aᵗ>0 y revisamos otras restricciones del problema.

Una raíz auxiliar negativa sí sirve aquí

Resolver (log₂x)²−log₂x−2=0.

  1. Cambio

    x>0 y t=log₂x: (t−2)(t+1)=0.
  2. Valores

    t=2 o t=−1; ambos son posibles.
  3. Regresar

    x=2²=4 o x=2⁻¹=1/2.
Resultado

El conjunto es {1/2,4}.

Lo comprobamos

No se traslada la condición t>0 de un cambio exponencial a uno logarítmico.

Relacionar bases antes de resolver

Resolver log₄x+log₂x=3.

  1. Cambio de base

    log₄x=(log₂x)/2, con x>0.
  2. Agrupar

    t/2+t=3: t=2.
  3. Regresar

    x=2²=4; log₄4+log₂4=1+2=3.
Resultado

La relación entre bases se justifica.

Lo comprobamos

No se suman directamente logaritmos de bases diferentes como si coincidieran.

7. La cantidad de soluciones depende también del argumento

logₐx=c tiene una única solución x=aᶜ.

Si dentro del argumento hay una expresión compuesta, puede haber varias entradas que produzcan ese mismo valor.

Si no hay despeje elemental, continuidad y monotonía dentro del dominio permiten localizar raíces y justificar unicidad. Una aproximación numérica se distingue de una identidad exacta y no certifica por sí sola que no haya otras soluciones.

Un argumento cuadrático produce dos soluciones

Resolver log₂(x²+1)=3.

  1. Dominio

    x²+1>0 para todo real.
  2. Potencia

    x²+1=8: x²=7.
  3. Valores

    x=−√7 o √7.
Resultado

La inyectividad del logaritmo no vuelve inyectivo a x²+1.

Lo comprobamos

Ambos argumentos valen ocho.

Un caso donde se localiza sin fórmula elemental

Estudiar ln x+x=2.

  1. Dominio

    x>0; f(x)=lnx+x−2 es continua y estrictamente creciente.
  2. Cota

    f(1)=−1 y f(2)=ln2>0.
  3. Conclusión

    Existe una única raíz real en (1,2), que puede aproximarse por bisección.

Resultado

La monotonía vale en todo el dominio.

Lo comprobamos

No se intenta evaluar ln de un candidato no positivo.

8. Comprobar significa revisar existencia y después igualdad

Primero filtramos por las desigualdades de dominio. Si falla un argumento, no se evalúa el logaritmo real. Para una entrada permitida, verificamos la igualdad usando potencias conocidas o propiedades exactas.

La combinación algebraica puede producir una raíz que no regresa al enunciado. Resolver toda la auxiliar y comprobar cada candidato explica por qué la lista final es válida y completa.

Un candidato algebraico puede dejar vacía la respuesta

Resolver log₂(x−4)−log₂2=log₂(x+2).

  1. Dominio

    x>4.
  2. Auxiliar

    (x−4)/2=x+2: x−4=2x+4 y x=−8.
  3. Filtrar

    −8 no cumple x>4: ninguna solución real.
Resultado

No se presenta −8 como respuesta del sistema logarítmico.

Lo comprobamos

Sus dos argumentos variables son negativos.

Una comprobación exacta sin decimales

Verificar x=5 en log₂(x+3)−log₂(x−1)=1.

  1. Argumentos

    8 y 4, ambos positivos.

  2. Valores

    log₂8=3 y log₂4=2.
  3. Igualdad

    3−2=1.
Resultado

Existir y cumplir son controles separados.

Lo comprobamos

No basta con decir que el cociente es positivo sin revisar ambos argumentos.

9. Leemos base, argumento y resultado incluso cuando la base es variable

La base no se multiplica por el resultado: se eleva a él. El resultado cero exige argumento uno, porque a⁰=1 para toda base admitida, nunca argumento cero.

Si la base es la incógnita, sus restricciones se mantienen después de convertir a potencia. Algunas ecuaciones así tienen infinitas bases posibles; no se fuerza una única respuesta por usar un logaritmo.

Regresar a la restricción de la base

Resolver logₓ9=2.

  1. Dominio

    x>0 y x≠1.
  2. Potencia

    x²=9 da candidatos −3 y 3.
  3. Filtrar

    Solo x=3 es una base válida; log₃9=2.
Resultado

La raíz negativa se descarta por la base, no por el argumento.

Lo comprobamos

El argumento nueve era positivo en ambos candidatos.

El resultado cero no significa argumento cero

Resolver logₓ1=0.

  1. Base

    x>0 y x≠1.
  2. Definición

    x⁰=1 para todas esas bases.
  3. Conjunto

    Cualquier x positivo salvo uno.

Resultado

Hay infinitas soluciones.

Lo comprobamos

x=1 sigue prohibido aunque la potencia 1⁰ exista.

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Suma de logaritmos

Resuelve log₂(x−2)+log₂(x+2)=3.

  1. Dominio

    x−2>0 y x+2>0: x>2.
  2. Combinar

    log₂[(x−2)(x+2)]=3.
  3. Potencia

    x²−4=2³=8: x²=12.
  4. Candidatos

    x=−2√3 o 2√3.
  5. Filtrar

    Solo 2√3>2; el negativo no admite los argumentos originales.

  6. Verificar

    Ambos argumentos son positivos y su producto es 8: la suma de logaritmos vale 3.

Resultado

x=2√3.

Lo comprobamos

El producto de argumentos es 8 y ambos son positivos.

EJEMPLO RESUELTO 2

Logaritmo de una diferencia

Resuelve log₃(2x−1)=2.

  1. Dominio

    2x−1>0: x>1/2.
  2. Definición

    log₃(2x−1)=2 equivale a 2x−1=3².
  3. Potencia

    3²=9.
  4. Resolver

    2x=10: x=5.
  5. Filtrar

    5>1/2.
  6. Verificar

    El argumento vale 9 y log₃9=2.
Resultado

x=5.

Lo comprobamos

log₃9=2.

Los símbolos que hemos usado

logₐu
Exponente y tal que aʸ=u, con a>0,a≠1,u>0.
ln u
Logaritmo natural, de base e.
Dominio
Entradas para las que cada logaritmo original está definido.
u(x),v(x)
Expresiones que actúan como argumentos.
t=logₐu(x)
Variable auxiliar cuyo valor puede ser cualquier real si el argumento lo permite.
Candidato
Valor obtenido tras transformar la ecuación y pendiente de verificar.

Ahora te toca a ti.

Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.

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