¿Por qué es incorrecto log (-3, -27) = 3?

Bueno, es … algo correcto.

Es hora de sacar el equipo pesado.

[matemáticas] \ log _ {- 3} -27 = \ frac {\ ln -27} {\ ln -3} = \ frac {\ ln 27 + \ ln -1} {\ ln 3 + \ ln -1} [ /matemáticas]

La pregunta ahora es: ¿Cuánto es [matemáticas] \ ln -1 [/ matemáticas]?

Si optamos por la aritmética estándar, la respuesta es fácil: no existe. No es parte del dominio de nuestra función, y pedir el logaritmo de un número negativo es como pedir el logaritmo de una mesa de madera: tiene sentido cero.

Sin embargo, tomemos la alternativa: establecer la resolución de la función basada.

En este caso, definimos el logaritmo de un número [math] r [/ math] como el conjunto de números que invierte el exponencial: [math] \ ln r = \ {q | \ exp {q} = r \} [/ matemáticas]

Entonces [matemáticas] \ ln 3 = \ ln 3 + \ ln 1 = \ {\ ln 3 + 2k \ pi i | k \ en Z \} [/ matemática] y [matemática] \ ln -1 = \ {2k \ pi i + \ pi i | k \ en Z \} [/ matemáticas]

Ahora, [math] \ frac {\ ln -27} {\ ln -3} [/ math] tiene muchas soluciones en este sistema, la mayoría de las cuales no estoy ansioso por calcular (cosas como [math] \ frac {3 \ ln 3 + 7 \ pi i} {\ ln 3 + 5 \ pi i} [/ math]), pero solo tiene una única solución real, a saber, 3.

Entonces, la solución no es 3, o no es solo 3. Depende de cómo tome sus definiciones.

Si su notación es log base -3 de -27, entonces tenga en cuenta que [math] (- 3) ^ x = -27 [/ math], entonces una respuesta es x = 3. -3 es una base inusual, pero si escribimos los valores en variables complejas:

[matemáticas] (- 3) ^ x = (3 e ^ {i \ pi + i2 \ pi k}) ^ x = (3 ^ xe ^ {x (i \ pi + i2 \ pi k)}) [/ matemáticas ]

y

[matemáticas] (- 27) = (27e ^ {i \ pi + i2 \ pi m}) = 3 ^ 3 e ^ {i \ pi + i2 \ pi m} [/ matemáticas]

En particular, si [matemática] k = 0 [/ matemática] y [matemática] m = 1 [/ matemática], entonces

[matemáticas] (3 ^ xe ^ {ix \ pi}) = 3 ^ 3 e ^ {i3 \ pi} [/ matemáticas] que produce [matemáticas] x = 3. [/ matemáticas]

En general, [matemáticas] x = \ frac {3ln (3) + i (1 + 2m) \ pi} {ln (3) + i (1 + 2k) \ pi} [/ matemáticas], donde [matemáticas] k [/ math] y [math] m [/ math] son ​​enteros

y varias combinaciones de [math] k [/ math] y [math] m [/ math] producirán diferentes soluciones, pero tenga cuidado de que eventualmente volverán a circular (multiplicando por el conjugado complejo del denominador se irá muy lejos para ayuda a simplificar respuestas)