Показательные уравнения
О чем эта статья:
6 класс, 7 класс
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Определение показательного уравнения
Показательными называются уравнения с показательной функцией f(x) = a х . Другими словами, неизвестная переменная в них может содержаться как в основании степени, так и в ее показателе. Простейшее уравнение такого вида: a х = b, где a > 0, a ≠ 1.
Конечно, далеко не все задачи выглядят так просто, некоторые из них включают тригонометрические, логарифмические и другие конструкции. Но для решения даже простых показательных уравнений нужно вспомнить из курса алгебры за 6–7 класс следующие темы:
Если что-то успело забыться, советуем повторить эти темы перед тем, как читать дальнейший материал.
С точки зрения геометрии показательной функцией называют такую: y = a x , где a > 0 и a ≠ 1. У нее есть одно важное для решения показательных уравнений свойство — это монотонность. При a > 1 такая функция непрерывно возрастает, а при a
Иногда в результате решения будет получаться несколько вариантов ответа, и в таком случае мы должны выбрать тот корень, при котором показательная функция больше нуля.
Свойства степеней
Мы недаром просили повторить свойства степенной функции — на них будет основано решение большей части примеров. Держите небольшую шпаргалку по формулам, которые помогут упрощать сложные показательные уравнения.
Показательные уравнения и неравенства с примерами решения
Содержание:
Рассмотрим уравнения, в которых переменная (неизвестное) находится в показателе степени. Например:
Уравнения такого вида принято называть показательными.
Решении показательных уравнений
При решении показательных уравнений нам будет полезно следствие из теоремы о свойствах показательной функции.
Пусть 
Каждому значению показательной функции 
соответствует единственный показатель s.
Пример:
Решение:
Согласно следствию из равенства двух степеней с одинаковым основанием 3 следует равенство их показателей. Таким образом, данное уравнение равносильно уравнению
Пример:
Решение:
а) Данное уравнение равносильно (поясните почему) уравнению
Если степени с основанием 3 равны, то равны и их показатели:
Решив это уравнение, получим
Ответ: 
При решении каждого уравнения из примера 2 сначала обе части уравнения представили в виде степени с одним и тем же основанием, а затем записали равенство показателей этих степеней.
Пример:
Решение:
а) Данное уравнение равносильно уравнению
Решая его, получаем:
Так как две степени с одинаковым основанием 2 равны, то равны и их показатели, т. е. 
откуда находим 
б) Разделив обе части уравнения на 
получим уравнение 
равносильное данному. Решив его, получим 
Ответ: 
При решении примера 3 а) левую часть уравнения разложили на множители. Причем за скобку вынесли такой множитель, что в скобках осталось числовое выражение, не содержащее переменной.
Пример:
Решить уравнение 
Решение:
Обозначим 
тогда 
Таким образом, из данного уравнения получаем
откуда находим: 
Итак, с учетом обозначения имеем:
При решении примера 4 был использован метод введения новой переменной, который позволил свести данное уравнение к квадратному относительно этой переменной.
Пример:
Решить уравнение 
Решение:
Можно заметить, что 2 — корень данного уравнения. Других корней уравнение не имеет, так как функция, стоящая в левой части уравнения, возрастающая, а функция, стоящая в правой части уравнения, убывающая. Поэтому уравнение имеет не более одного корня (см. теорему из п. 1.14).
Пример:
Решить уравнение 
Решение:
Пример:
При каком значении а корнем уравнения 
является число, равное 2?
Решение:
Поскольку х = 2 — корень, то верно равенство
Решив это уравнение, найдем
Ответ: при 
Показательные уравнения и их системы
Показательным уравнением называется уравнение, в ко тором неизвестное входит в показатель степени. При решении показательных уравнений полезно использовать следующие тождества: 
Приведем методы решения некоторых типов показательных уравнений.
1 Приведение к одному основанию.
Метод основан на следующем свойстве степеней: если две степени равны и равны их основания, то равны и их показатели, т.е. уравнения надо попытаться привести к виду 
. Отсюда 
Пример №1
Решите уравнение 
Решение:
Заметим, что 
и перепишем наше уравнение в виде
Применив тождество (1), получим Зх — 7 = -7х + 3, х = 1.
Пример №2
Решить уравнение 
Решение:
Переходя к основанию степени 2, получим:
Согласно тождеству (2), имеем 
Последнее уравнение равносильно уравнению 4х-19 = 2,5х. 
2 Введение новой переменной.
Пример №3
Решить уравнение 
Решение:
Применив тождество 2, перепишем уравнение как 
Введем новую переменную: 
Получим уравнение 
которое имеет корни 
Однако корень
не удовлетворяет условию 
Значит, 
Пример №4
Решить уравнение 
Решение:
Разделив обе части уравнения на 
получим:
последнее уравнение запишется так: 
Решая уравнение, найдем 
Значение 
не удовлетворяет условию 
Следовательно,
Пример №5
Решить уравнение 
Решение:
Заметим что 
Значит 
Перепишем уравнение в виде 
Обозначим 
Получим 
Получим 
Корнями данного уравнения будут 
Следовательно, 
III Вынесение общего множителя за скобку.
Пример №6
Решить уравнение 
Решение:
После вынесения за скобку в левой части 
, а в правой 
, получим 
Разделим обе части уравнения на 
получим 
Системы простейших показательных уравнений
Пример №7
Решите систему уравнений: 
Решение:
По свойству степеней система уравнений равносильна следующей
системе :
Отсюда получим систему 
Очевидно, что последняя система имеет решение 
Пример №8
Решите систему уравнений: 
Решение:
По свойству степеней система уравнений равносильна следующей системе: 
Последняя система, в свою очередь, равносильна системе: 
Умножив второе уравнение этой системы на (-2) и сложив с первым, получим уравнение —9х=-4. Отсюда, найдем 
Подставив полученное значение во второе уравнение, получим 
Пример №9
Решите систему уравнений: 
Решение:
Сделаем замену: 
Тогда наша система примет вид: 
Очевидно, что эта система уравнений имеет решение 
Тогда получим уравнения 
Приближенное решение уравнений
Пусть многочлен f(х) на концах отрезка [a,b] принимает значения разных знаков, то есть 
. Тогда внутри этого отрезка существует хотя бы одно решение уравнения Дх)=0. Это означает, что существует такое 
(читается как «кси»), что 
Это утверждение проиллюстрировано на следующем чертеже.
Рассмотрим отрезок 
содержащий лишь один корень уравнения .
Метод последовательного деления отрезка пополам заключается в последовательном разделении отрезка [a, b] пополам до тех пор, пока длина полученного отрезка не будет меньше заданной точности 
- вычисляется значение f(х) выражения
- отрезок делится пополам, то есть вычисляется значение
- вычисляется значение выражения f(х) в точке
- проверяется условие
- если это условие выполняется, то в качестве левого конца нового отрезка выбирается середина предыдущего отрезка, то есть полагается, что (левый конец отрезка переходит в середину);
- если это условие не выполняется, то правый конец нового отрезка переходит в середину, то есть полагается, что b=x;
- для нового отрезка проверяется условие
- если это условие выполняется , то вычисления заканчиваются. При этом в качестве приближенного решения выбирается последнее вычисленное значение х. Если это условие не выполняется, то, переходя к пункту 2 этого алгоритма, вычисления продолжаются.
выражения f(х) в точке 
(левый конец отрезка переходит в середину);
Метод последовательного деления пополам проиллюстрирован на этом чертеже:
Для нахождения интервала, содержащего корень уравнения 
вычисляются значения 
Оказывается, что для корня 
данного уравнения выполнено неравенство. Значит, данное уравнение имеет хотя бы один корень, принадлежащий интервалу (-1 -А; 1+А). Для приближенного вычисления данного корня найдем целые 
и 
удовлетворяющие неравенству 
Пример №10
Найдите интервал, содержащий корень уравнения 
Решение:
Поделив обе части уравнения на 2 , получим, 
Так как, для нового уравнения 
Значит, в интервале, 
уравнение имеет хотя бы один корень. В то же время уравнение при 
не имеет ни одного корня, так как,
выполняется. Значит, корень уравнения лежит в (-2,5; 0). Для уточнения этого интервала положим 
Для 
проверим выполнение условия
Значит, уравнение имеет корень, принадлежащий интервалу (-1; 0).
Нахождение приближенного корня с заданной точностью
Исходя из вышесказанного, заключаем, что если выполнено неравенство 
корень уравнения принадлежит интервалу
Пусть
Если 
приближенный
корень уравнения с точностью 
. Если 
то корень лежит в интервале 
если 
то корень лежит в интервале 
. Продолжим процесс до нахождения приближенного значения корня с заданной точностью.
Пример №11
Найдите приближенное значение корня уравнения 
с заданной точностью
Решение:
Из предыдущего примера нам известно, что корень лежит в интервале
(-1; 0). Из того, что 
заключаем, что корень лежит в интервале (-0,5; 0).
Так как, |(-0,25)41,5(-0,25)2+2,5(-0,25)+0,5| = |-0,046| 1. Если 
Пусть 
Изображения графиков показательной функции подсказывают это свойство. На рисунке 27 видно, что при а > 1 большему значению функции соответствует большее значение аргумента. А на рисунке 30 видно, что при 0
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Лекция: «Методы решения показательных уравнений»
Лекция: «Методы решения показательных уравнений».
Уравнения, содержащие неизвестные в показателе степени, называются показательными уравнениями. Простейшим из них является уравнение аx = b, где а > 0, а ≠ 1.
1) При b 0 используя монотонность функции и теорему о корне, уравнение имеет единственный корень. Для того, чтобы его найти, надо b представить в виде b = aс, аx = bс ó x = c или x = logab.
Показательные уравнения путем алгебраических преобразований приводят к стандартным уравнения, которые решаются, используя следующие методы:
1) метод приведения к одному основанию 
;
3) графический метод;
4) метод введения новых переменных;
5) метод разложения на множители;
6) показательно – степенные уравнения;
7) показательные с параметром.
2. Метод приведения к одному основанию.
Способ основан на следующем свойстве степеней: если равны две степени и равны их основания, то равны и их показатели, т. е. уравнение надо попытаться свести к виду
Примеры. Решить уравнение:
Представим правую часть уравнения в виде 81 = 34 и запишем уравнение, равносильное исходному 3 x = 34; x = 4. Ответ: 4.
2. 
Представим правую часть уравнения в виде 
и перейдем к уравнению для показателей степеней 3x+1 = 3 – 5x; 8x = 4; x = 0,5. Ответ: 0,5.
3. 
Представим правую часть данного уравнения в виде 1 = 50 и перейдем к уравнению для показателей степеней x2-3x+2 = 0, откуда легко получить решения x = 1 и x=2.
4. 
Заметим, что числа 0,2 , 0,04 , √5 и 25 представляют собой степени числа 5. Воспользуемся этим и преобразуем исходное уравнение следующим образом:
, откуда 5-x-1 = 5-2x-2 ó — x – 1 = — 2x – 2, из которого находим решение x = -1. Ответ: -1.
5. 3x = 5. По определению логарифма x = log35. Ответ: log35.
Перепишем уравнение в виде 32x+4.22x+4 = 32x.2x+8, т. е. 
далее
22x+4-x-8 = 33x-2x-4, т. е. 2x-4 = 3x-4. (Уже ясно, что x = 4). Перепишем уравнение, разделив на 3x-4 ≠ 0. 
Отсюда x – 4 =0, x = 4. Ответ: 4.
7. 2∙3x+1 — 6∙3x-2 — 3x = 9. Используя свойства степеней, запишем уравнение в виде 6∙3x — 2∙3x – 3x = 9 далее 3∙3x = 9, 3x+1 = 32 , т. е. x+1 = 2, x =1. Ответ: 1.
Тест №1. с выбором ответа. Минимальный уровень.
А1 3-x+2 = 
1) 0 2) 4 3) -2 4) -4
1)17/4 2) 17 3) 13/2 4) -17/4
А3 
1) 3;1 2) -3;-1 3) 0;2 4) корней нет
А4 
1) 7;1 2) корней нет 3) -7;1 4) -1;-7
А5 
1) 0;2; 2) 0;2;3 3) 0 4) -2;-3;0
А6 
1) -1 2) 0 3) 2 4) 1
Тест №2 с выбором ответа. Общий уровень.
А1 
1) 3 2) -1;3 3) -1;-3 4) 3;-1
А2 
1) 14/3 2) -14/3 3) -17 4) 11
А3 
1) 2;-1 2) корней нет 3) 0 4) -2;1
А4 
1) -4 2) 2 3) -2 4) -4;2
А5 
1) 3 2) -3;1 3) -1 4) -1;3
Теорема о корне: если функция f(x) возрастает (убывает) на промежутке I, число а –любое значение принимаемое f на этом промежутке, тогда уравнение f(x) = а имеет единственный корень на промежутке I.
При решении уравнений методом оценки используется эта теорема и свойства монотонности функции.
Примеры. Решить уравнения: 1. 4x = 5 – x.
Решение. Перепишем уравнение в виде 4x +x = 5.
1. если x = 1, то 41+1 = 5 , 5 = 5 верно, значит 1 – корень уравнения.
2. докажем, что он единственный.
Функция f(x) = 4x – возрастает на R, и g(x) = x –возрастает на R => h(x)= f(x)+g(x) возрастает на R, как сумма возрастающих функций, значит x = 1 – единственный корень уравнения 4x = 5 – x. Ответ: 1.
2. 
Решение. Перепишем уравнение в виде 
.
1. если x = -1, то 
, 3 = 3-верно, значит x = -1 – корень уравнения.
2. докажем, что он единственный.
3. Функция f(x) = 
— убывает на R, и g(x) = — x – убывает на R=> h(x) = f(x)+g(x) – убывает на R, как сумма убывающих функций. Значит по теореме о корне, x = -1 – единственный корень уравнения. Ответ: -1.
Банк задач №2. Решить уравнение
б) 
4. Метод введения новых переменных.
Метод описан в п. 2.1. Введение новой переменной (подстановка) обычно производится после преобразований (упрощения) членов уравнения. Рассмотрим примеры.
Примеры. Решить уравнение: 1. 
.
Перепишем уравнение иначе: 
Обозначим 5x = t > 0, тогда 
т. е. 3t2 – 2t – 1 =0, отсюда t1 = 1, 
-не удовлетворяет условию t > 0. Итак, 5x = 1 = 50 x = 0. Ответ: 0.
2. 
Решение. Перепишем уравнение иначе: 
Обозначим 
тогда 
— не подходит.
t = 4 => 
Отсюда 
— иррациональное уравнение. Отмечаем, что 
Решением уравнения является x = 2,5 ≤ 4, значит 2,5 – корень уравнения. Ответ: 2,5.
3. 
.
Решение. Перепишем уравнение в виде 
и разделим его обе части на 56x+6 ≠ 0. Получим уравнение
2×2-6x-7 = 2×2-6x-8 +1 = 2(x2-3x-4)+1, т. е 
Корни квадратного уравнения – t1 = 1 и t2 0 при всех x, можно обе части этого уравнения разделить на 2x, не опасаясь при этом потери решений. Получим 3x = 1ó x = 0.
3. 
Решение. Решим уравнение методом разложения на множители.
Выделим квадрат двучлена 
4. 
Решение. Преобразуем члены уравнения и перегруппируем слагаемые
x = -2 – корень уравнения.
Уравнение x + 1 = 
можно решить либо методом оценки, либо графически.
x = 1 – второй корень исходного уравнения.
Банк задач №4. Решить уравнение
а) 48x – 42x+1 – 3x+1 + 12 = 0.
б) 52x-1 + 22x – 52x +22x+2 = 0.
в) 3x – 2x+2 = 3x-1 – 2x-1 – 2x-3.
г) 4x – 5 2x+ 4 = 0.
Тест №5 Минимальный уровень.
А1 5x-1 +5x -5x+1 =-19.
1) 1 2) 95/4 3) 0 4) -1
1) 2 2) -4 3) 0 4) 4
А3 32x + 32x+1 -108 = 0. x=1,5
1) 0,2 2) 1,5 3) -1,5 4) 3
А4 
x=1
1) 1 2) -3 3) -1 4) 0
А5 2x -2x-4 = 15. x=4
1) -4 2) 4 3) -4;4 4) 2
Тест № 6 Общий уровень.
1) ½ 2) 2 3) -1;3 4) 0,2
А2 
1) 2,5 2) 3;4 3) log43/2 4) 0
1) 2 2) -1 3) 3 4) -3
А4 
1) 1,5 2) 3 3) 1 4) -4
А5 
1) 2 2) -2 3) 5 4) 0
6. Показательно – степенные уравнения.
К показательным уравнениям примыкают так называемые показательно – степенные уравнения, т. е. уравнения вида (f(x))g(x) = (f(x))h(x).
Если известно, что f(x)>0 и f(x) ≠ 1, то уравнение, как и показательное, решается приравниванием показателей g(x) = f(x).
Если условием не исключается возможность f(x)=0 и f(x)=1, то приходится рассматривать и эти случаи при решении показательно – степенного уравнения.
1. Решить уравнение 
Решение. Для нахождения корней уравнения следует рассмотреть четыре случая:
1) x + 1=x2 – 1 ( показатели равны);
2) x = 1(основание равно единице);
3) x = 0 (основание равно нулю);
4) x = -1(основание равно -1).
Решим первое уравнение: x2 – x – 2 = 0, x = 2, x = -1.
x1 = 2 => 23 = 23 – верно;
x2 = -1 => (-1)0 =(-1)0 – верно;
x3 = 1 => 12 = 10 – верно;
x4 = 0 => 01 = 0(-1) – не имеет смысла.
Уравнение вида f(x)g(x) = 1 равносильно совокупности двух систем
f(x)g(x) = 1 
2. 
Решение. x2 +2x-8 – имеет смысл при любых x, т. к. многочлен, значит уравнение равносильно совокупности
Банк задач №5. Решить уравнение
а) 
б) 
7. Показательные уравнения с параметрами.
1. При каких значениях параметра p уравнение 4 (5 – 3)2 +4p2–3p = 0 (1) имеет единственное решение?
Решение. Введем замену 2x = t, t > 0, тогда уравнение (1) примет вид t2 – (5p – 3)t + 4p2 – 3p = 0. (2)
Дискриминант уравнения (2) D = (5p – 3)2 – 4(4p2 – 3p) = 9(p – 1)2.
Уравнение (1) имеет единственное решение, если уравнение (2) имеет один положительный корень. Это возможно в следующих случаях.
1. Если D = 0, то есть p = 1, тогда уравнение (2) примет вид t2 – 2t + 1 = 0, отсюда t = 1, следовательно, уравнение (1) имеет единственное решение x = 0.
2. Если p1, то 9(p – 1)2 > 0, тогда уравнение (2) имеет два различных корня t1 = p, t2 = 4p – 3. Условию задачи удовлетворяет совокупность систем
Подставляя t1 и t2 в системы, имеем
Введем функцию f(t) = t2 – 6t – a. Возможны следующие случаи.
Случай 1. Уравнение (4) имеет два различных положительных корня, если выполнятся условия
где t0 — абсцисса вершины параболы и D — дискриминант квадратного трехчлена f(t);
Таким образом,
при – 9 0. Это возможно, если
Таким образом, при a 0 уравнение (4) имеет единственный положительный корень 
. Тогда уравнение (3) имеет единственное решение 
При a 0, тогда в результате преобразований уравнение примет вид t2 + 2t – 13 – a = 0. (*)Найдем значения a, при которых хотя бы один корень уравнения (*) удовлетворяет условию t > 0.
Рассмотрим функцию f(t) = t2 + 2t – 13 – a. Возможны случаи.
Случай 1. Для того чтобы оба корня уравнения (*) удовлетворяли неравенству t > 0, должны выполняться условия
где t0 — абсцисса вершины f(t) = t2 + 2t – 13 – a, D — дискриминант квадратного трехчлена f(t).
Система решений не имеет.
Случай 2. Для того чтобы только один корень уравнения (*) удовлетворял неравенству t > 0, должно быть выполнено условие f(0) – 13.
Случай 3. Найдем значения a, когда t 2, t 4.
откуда a 11, a – 5.
Ответ: если a > – 13, a 11, a 5, то если a – 13,
a = 11, a = 5, то корней нет.
Список используемой литературы.
1. Гузеев основания образовательной технологии.
2. Гузеев технология: от приема до философии.
М. «Директор школы»№4, 1996 г.
3. Гузеев и организационные формы обучения.
М. «Народное образование», 2001 г.
4. Гузеев и практика интегральной образовательной технологии.
М. «Народное образование», 2001 г.
5. Гузеев из форм урока – семинара.
Математика в школе №2, 1987 г. с.9 – 11.
6. Селевко образовательные технологии.
М. «Народное образование», 1998 г.
7. Епишева школьников учиться математике.
М. «Просвещение», 1990 г.
8. Иванова подготовить уроки – практикумы.
Математика в школе №6, 1990 г. с. 37 – 40.
9. Смирнова модель обучения математике.
Математика в школе №1, 1997 г. с. 32 – 36.
10. Тарасенко способы организации практической работы.
Математика в школе №1, 1993 г. с. 27 – 28.
11. Об одном из видов индивидуальной работы.
Математика в школе №2, 1994 г. с.63 – 64.
12. Хазанкин творческие способности школьников.
Математика в школе №2, 1989 г. с. 10.
13. Сканави . Издатель , 1997 г.
14. и др. Алгебра и начала анализа. Дидактические материалы для
10 – 11 классов. М. Мнемозина, 2000 г.
15. Кривоногов задания по математике.
М. «Первое сентября», 2002 г.
16. Черкасов . Справочник для старшеклассников и
поступающих в вузы. «А С Т — пресс школа», 2002 г.
17. Жевняк для поступающих в вузы.
Минск И РФ «Обозрение», 1996 г.
18. Готовимся к экзамену по математике. М. Рольф, 1999 г.
19. и др. Учимся решать уравнения и неравенства.
М. «Интеллект – Центр», 2003 г.
20. и др. Учебно – тренировочные материалы для подготовки к Е Г Э.
М. «Интеллект – центр», 2003 г. и 2004 г.
21 и др. Варианты КИМ. Центр тестирования МО РФ, 2002 г., 2003г.
22. Гольдберг уравнения. «Квант» №3, 1971 г.
23. Как успешно обучать математике.
Математика, 1997 г. №3.
24 Окунев за урок, дети! М. Просвещение, 1988 г.
25. Якиманская – ориентированное обучение в школе.
«Директор школы», 1996 г. сентябрь.
26. Лийметс работа на уроке. М. Знание, 1975 г.
http://www.evkova.org/pokazatelnyie-uravneniya-i-neravenstva
http://pandia.ru/text/80/142/56386.php