Aplicación de la propiedad del logaritmo de una potencia

M2 — PAES electiva Media

Resumen inicial

La propiedad del logaritmo de una potencia (regla del sombrero) establece que el exponente del argumento baja multiplicando por delante como un factor escalar: $\log_b(x^k) = k \cdot \log_b(x)$ ($x > 0, k \in \mathbb{R}$).

Explicación en palabras simples

La propiedad del logaritmo de una potencia (regla del sombrero) establece que el exponente del argumento baja multiplicando por delante como un factor escalar: $\log_b(x^k) = k \cdot \log_b(x)$ ($x > 0, k \in \mathbb{R}$)

Esta propiedad es conocida popularmente como la "regla del sombrero": cualquier exponente que esté arriba del argumento se cae hacia adelante multiplicando:

$$\log_b(x^{\mathbf{k}}) = \mathbf{k} \cdot \log_b(x)$$

  • ¿Para qué sirve?
  • Para bajar exponentes difíciles y volverlos multiplicaciones normales.
  • $\log_2(8^{\mathbf{4}}) = \mathbf{4} \cdot \log_2(8) = 4 \cdot 3 = \mathbf{12}$.
  • ¡También funciona con raíces! (Recuerda que $\sqrt[n]{x} = x^{1/n}$):
    $$\log_b(\sqrt[n]{x}) = \mathbf{\frac{1}{n}} \log_b(x)$$
  • $\log_3(\sqrt{27}) = \frac{1}{2} \log_3(27) = \frac{1}{2} \cdot 3 = \mathbf{\frac{3}{2}}$.

Explicación formal

Sean $x \in \mathbb{R}^+, b \in \mathbb{R}^+ \setminus \{1\}$ y $k \in \mathbb{R}$. Sea $u = \log_b(x) \iff x = b^u$.
Elevando ambos miembros a la potencia $k$:
$$x^k = (b^u)^k = b^{k \cdot u}$$
Aplicando el operador $\log_b$ a ambos miembros:
$$\log_b(x^k) = \log_b\left(b^{k \cdot u}\right) = k \cdot u$$
Sustituyendo $u = \log_b(x)$:
$$\log_b(x^k) = k \cdot \log_b(x)$$

Corolario para radicales ($\k = 1/n$):
$$\log_b(\sqrt[n]{x^m}) = \log_b\left(x^{m/n}\right) = \frac{m}{n} \log_b(x)$$

Comprueba tu avance ¿Cuál es la simplificación de $\log_3(x^5)$?

Definiciones clave

  • Regla del sombrero / Logaritmo de potencia: Factorización del exponente $k$ como multiplicador escalar exterior.
  • Linealización de potencias: Reducción de grados exponenciales a productos lineales.

Propiedades y relaciones importantes

  • Subida y bajada de coeficientes: $k \cdot \log_b(x) = \log_b(x^k)$.
  • Distinción de paréntesis: $[\log_b(x)]^k \neq \log_b(x^k)$. Solo el exponente que afecta directamente al argumento puede bajar.

Ejemplo guiado

Ejemplo La propiedad del logaritmo de una potencia (regla del sombrero) establece que el exponente del argumento baja multiplicando por delante como un factor escalar: $\log_b(x^k) = k \cdot \log_b(x)$ ($x > 0, k \in \mathbb{R}$)

Calcula y simplifica aplicando la propiedad de la potencia:
1) $\log_5(125^6)$
2) $\log_2(\sqrt[4]{32})$
3) Si $\log(x) = 1{,}5$, calcula $\log(x^4)$

  • Paso 1: Para $\log_5(125^6)$: - Bajar el exponente 6: $6 \cdot \log_5(125)$. - Como $\log_5(125) = 3$: $6 \cdot 3 = \mathbf{18}$.
  • Paso 2: Para $\log_2(\sqrt[4]{32})$: - Convertir raíz a potencia fraccionaria: $\log_2(32^{1/4}) = \frac{1}{4} \log_2(32)$. - Como $\log_2(32) = 5$: $\frac{1}{4} \cdot 5 = \mathbf{\frac{5}{4}}$.
  • Paso 3: Para $\log(x^4)$: - Bajar el exponente: $4 \cdot \log(x)$. - Sustituir $\log(x) = 1{,}5$: $4 \cdot 1{,}5 = \mathbf{6}$.
Comprueba tu avance ¿A qué equivale $\log(\sqrt[3]{y})$?

Procedimiento

  • Paso 1: Identificar el exponente $k$ que afecta al argumento $x$.
  • Paso 2: Si hay radicales, reescribirlos como exponentes fraccionarios $\sqrt[n]{x} = x^{1/n}$.
  • Paso 3: Bajar el exponente multiplicando al frente: $k \cdot \log_b(x)$.
  • Paso 4: Evaluar el logaritmo base y realizar la multiplicación aritmética.

Errores frecuentes y cómo corregirlos

  • Error común: Bajar un exponente que afecta a todo el logaritmo (ej: $[\log(x)]^2 = 2\log(x)$).
  • Cómo corregirlo: La regla solo aplica si el exponente está dentro del argumento: $\log(x^2) = 2\log(x)$, pero $[\log(x)]^2 = \log(x) \cdot \log(x)$.

Ejemplos

Responde los siguientes ejercicios para poner a prueba lo que acabas de aprender.

1 Calcula $\log_2(8^5)$:
2 Calcula $\log_5(\sqrt{125})$:
3 Simplifica $\log_b\left(\frac{1}{\sqrt{x}}\right)$:
4 Escribe $3\log(2)$ como un solo logaritmo:

Ejemplos Verdadero/Falso

Decide si cada afirmación es verdadera o falsa antes de ver la explicación.

"Confundir log(xᵏ) con [log(x)]ᵏ."
"El logaritmo de una potencia es igual al producto del exponente por el logaritmo del argumento."
"Los radicales se extraen del logaritmo dividiendo por el índice de la raíz: log(ⁿ√x) = (1/n) log(x)."
"Sumar el exponente en vez de multiplicarlo."
"Olvidar multiplicar el exponente fraccionario por el valor del logaritmo al simplificar raíces."

Al terminar debes poder

Resumen La propiedad del logaritmo de una potencia (regla del sombrero) establece que el exponente del argumento baja multiplicando por delante como un factor escalar: $\log_b(x^k) = k \cdot \log_b(x)$ ($x > 0, k \in \mathbb{R}$)

🎯 QUÉ Objetivo

Aplicar la propiedad del logaritmo de una potencia y de una raíz.

⚙️ CÓMO Procedimiento

Utilizando la regla log_b(xᵏ) = k · log_b(x) para extraer exponentes y simplificar radicales.

Fuente: Texto escolar MINEDUC — Álgebra y Funciones / Logaritmos y sus Propiedades

Practica

Preguntas conceptuales

Verificar las ideas clave antes de calcular.

  1. ¿Cuál es la propiedad de la potencia de logaritmos?

  2. $\log_2(8^2)=2\cdot\log_2(8)$.

  3. ¿Qué condición debe cumplir $x$ para aplicar $\log_b(x^n)=n\cdot\log_b(x)$?

Reconocimiento

Identificar elementos, datos o procedimientos.

  1. $\log_5(x^3)=3\log_5(x)$ para $x>0$.

Ejercicios básicos

Aplicar el procedimiento principal en casos simples.

  1. Aplica la propiedad de la potencia a $\log_3(27^2)$.

  2. La propiedad de la potencia también es válida con exponentes fraccionarios.

  3. Aplica la propiedad de la potencia a $\log_2(x^{-3})$.

Preguntas tipo PAES

Resolver preguntas con formato y distractores similares a PAES.

  1. ¿Cuál es el error frecuente al aplicar la propiedad de la potencia?

  2. $\log_b(\sqrt{x})=\frac{1}{2}\log_b(x)$ para $x>0$.

  3. Simplifica $\log_5(x^4\cdot y^{-2})$ combinando producto y potencia.

Evaluación de dominio

☆☆☆ 0/3 niveles aprobados
Nivel 1 Definición
Nivel 2 Ejercicios simples
Nivel 3 Problemas de aplicación

¿Necesitas más ayuda o una clase particular?

Contáctame directamente para resolver dudas, preparar exámenes o agendar clases particulares personalizadas 1 a 1.