Решение логарифмических неравенств.
Логарифмические неравенства в задании 14 профильного уровня ЕГЭ по математике встречаются чаще других. Это связано, в первую очередь, с тем, что выражения с логарифмом имеют ограниченную область допустимых значений, причём задаваемую также неравенством. Последнее обстоятельство приводит к тому, что решение логарифмического неравенства во многих случаях сводится к решению систем алгебраических неравенств (рациональных и не только).
В этом разделе рассмотрены типовые логарифмические неравенства – простейшие и соответствующие профильному уровню ЕГЭ. Все неравенства даны с решениями и комментариями, поэтому будут полезны и при текущем изучении или повторении этой темы.
Если возникают вопросы — обращайтесь через форму для письма, рисунок конверта кликабелен.
Узнайте, как можно поддержать сайт и помочь его развитию.
Основные положения и примеры решения простейших логарифмических неравенств.
С этим разделом могут ознакомиться и выпускники, которые планируют сдавать экзамен по математике на базовом уровне.
На профильном экзамене встречаются более сложные неравенства, но их также тем или иным образом требуется сводить к простейшим.
К простейшим относятся логарифмические неравенства, которые содержат неизвестную переменную в составе аргумента логарифмической функции с фиксированным основанием, т.е. это неравенства вида \(log_a
В более общих случаях неизвестная величина может встречаться и в основании логарифма.
Чтобы решать как логарифмические неравенства, так и логарифмические уравнения, нужно вспомнить определение и свойства логарифмической функции как таковой.
1) Логарифм – трансцендентная функция, т.е. аналитическая функция, которая не может быть задана с помощью алгебраического уравнения. Поэтому чтобы получить решение простейшего логарифмического неравенства, нужно сначала перейти к алгебраическим соотношениям, т.е. «убрать» логарифм.
2) Логарифм – однозначная и монотонная функция, что означает каждому значению аргумента из области определения соответствует единственное значение функции. Поэтому её можно сравнивать саму с собой и «вычёркивать» логарифм. Как и в каких случаях это делать, рассмотрим на примерых ниже.
3) Главное – логарифмическая функция имеет ограниченную область определения. Это означает, что при решении любых заданий с логарифмами, содержащими переменные, нужно не забывать про ОДЗ (область допустимых значений) этой переменной.
Область значений функции E = R – всё множество действительных чисел. Т.е. сам логарифм, в отличие от его аргумента и основания, может принимать любые значения из промежутка \((-\infty; +\infty)\).
Как уже упоминалось, логарифмическая функция монотонна. Посмотрите на её графики.
При a > 1 функция возрастающая,
Поэтому для решения простейших логарифмических неравенств достаточно преобразовать обе части неравенства к логарифму с одинаковым основанием и затем сравнить подлогарифмические выражения. Таким образом мы сравниваем функцию с самой собой при разных значениях её аргумента, т.е. как бы «вычёркиваем» log с обеих сторон неравенства. При этом,
— если основание степени больше единицы, то знак неравенства без «log» будет таким же, как знак исходного неравенства, что характерно для возрастающих функций – большему значению аргумента соответствует большее значение функции;
— если основание степени меньше единицы, то знак неравенства будет обратным по отношению к знаку исходного неравенства, что характерно для убывающих функций – большему значению аргумента соответствует меньшее значение функции.
Пример 1.
Решение.
Область допустимых значений (ОДЗ) выражения \(2x+7>0.\)
Воспользуемся определением логарифма, чтобы представить число −2 в виде значения логарифмической функции с основаением 0,2.
\[0,2^ <-2>= \left(\frac<1><5>\right)^ <-2>= \left(\frac<5><1>\right)^ <2>= 25,\]
следовательно \(-2 = \log_<0,2><25>,\) и заданное неравенство можно преобразовать к виду \[\log_<0,2><(2x+7)>\log_<0,2><25>.>\] Теперь можно «отбросить логарифм», изменив знак неравенства на противоположный, так как его основание 0,2 0,> \\ <2x+7 -3,5,>\\
Преобразуем неравенство:
\(\text
Таким образом, заданное неравенство равносильно системе неравенств \[\begin
Ответ: \(x \in (3; 8). \)
Введение вспомогательной переменной
Пример 4.
Решение.
Аргументом обоих логарифмов является один и тот же квадратный трёхчлен \(4+3x-x^2\), однако основания логарифмов различны – это 2 и 0,5, поэтому нужно воспользоваться свойствами логарифмической функции и привести логарифмы к одному основанию. Поскольку \(0,5 = \dfrac<1> <2>= 2^<-1>\), то приводить будем второй логарифм к основанию 2. Для этого используем формулу \(\log_b=\frac<1>\log_a\): \[\log_<0,5> <(4+3x-x^2)>= \log_<2^<-1>><(4+3x-x^2)>=\frac<1><-1>\log_2 <(4+3x-x^2)>= -\log_2<(4+3x-x^2)>\] Теперь неравенство имеет следующий вид \[\log_2^2 <(4+3x-x^2)>— 7\log_2 <(4+3x-x^2)>+10 > 0.\]
В последнем неравенстве неизвестная величина встречается в обоих слагаемых в совершенно одинаковой форме, поэтому можно продолжить решение методом введения вспомогательной переменной.
Пусть \(y = \log_2<(4+3x-x^2)>\), тогда логарифмическое неравенство преобразуется в обычное квадратное неравенство \[y^2 — 7y +10 > 0,\] которое решается графически (через параболу) или методом интервалов. Сделайте это самостоятельно. Ответ получится такой \(y \in (-\infty;2)\cup(5;+\infty)\) или, что то же самое \[\left[<\begin
Замечание 1. Чтобы не выписывать совокупности систем и системы совокупностей, особенно, если вы путаетесь в этих скобках, можно все этапы решения реализовать схемами на числовой оси.
Замечание 2. Заметим, что с некоторого момента решение задачи сводится к анализу неравенств, в которых один и тот же квадратный трёхчлен \(4+3x-x^2\) сравнивается с числовыми значениями. Поэтому дальнейшие действия можно свести к построению одной параболы – эскиза графика функции \(y = 4+3x-x^2\) – и посмотреть как она соотносится с горизонтальными линиями \(y = 0, \; y = 4\; и\; y =32.\) (Вспомните аналогичное задание 2-й части ОГЭ за 9-ый класс.) На это не уйдёт много времени, т.к. коэффициенты трёхчлена целые числа, корни легко вычисляются по теореме Виета, а параболу достаточно построить только по характерным точкам.
Как быстро построить параболу можно посмотреть в видеоуроке на youtube-канале Mathematichka.
Ответ: \(x \in (-1;0) \cup (3;4).\)
Решение.
Выпишем ОДЗ неравенства.
Условие положительности всех аргументов логарифмической функции \[\begin
Условие неравенства нулю знаменателей всех дробей \[\begin
В этом примере в отличие от предыдущего, напротив, основания всех логарифмов одинаковы – логарифм по основанию 4, но отличаются аргументы. Используем свойства логарифмов, чтобы упростить выражения. \[\log_4 <(64x)>= \log_4<64>+\log_4
Учитывая, что до сих пор все преобразования, которые производились, были равносильными, можем утверждать, что выколов точки 3 и −3 из возможных значений переменной \(y\), мы обеспечили неравенство нулю общего знаменателя дроби, а значит и всех дробей, участвовавших в равносильных преобразованиях. Тем самым выполнена вторая часть ограничений ОДЗ неравенства.
Итак, неравенство для переменной \(y = \log_4
Ответ: \(x \in \left(0; \;\dfrac<1><64>\right) \cup \ <4\>\cup (64;\;+\infty)\).
О разложении на множители
\( \log_3
Решение II – вспомогательная переменная.
ОДЗ: \(x>0.\)
Приведём логарифмы к одному основанию, например, к основанию 3. \[\log_4
Решение III – через уравнение.
ОДЗ: \(x>0.\)
Заменим знак » 0,\] так как \(\sqrt <3>1,\) то \(\log_4<\sqrt<3>> 1,\) то \(\log_4 <3,5>3^1\; и\; 3>1,\) то \(\log_3 <3,5>> 1.\)
3) пусть \(x = 9; \;x \in (4;+\infty)\) \[\log_3
По рисунку формулируем ответ.
Сравните все три способа решения для этого вовсе не сложного неравенства и определитесь, какой вариант наиболее приемлем для вас.
Внимание: Если вы нашли ошибку или опечатку, пожалуйста, сообщите о ней на email.
Понравились материалы сайта? Узнайте, как поддержать сайт и помочь его развитию.
Есть вопросы? пожелания? замечания? Обращайтесь — mathematichka@yandex.ru
Внимание, ©mathematichka. Прямое копирование материалов на других сайтах запрещено.
ЕГЭ Профиль №15. Логарифмические неравенства
15 заданием профильного ЕГЭ по математике является неравенство. Самым часто встречаемым неравенством, которое предлагают на реальных экзаменах в 15 задание, является логарифмическое неравенство. При решении логарифмических неравенств, в большинстве случаев (но не всегда) необходимо полностью находить область допустимых неравенств. Большая часть логарифмических неравенств, предлагаемых на реальных экзаменах, решается с помощью замен, методом интервалов или разложением на множители. Прежде чем решать логарифмические неравенства необходимо выучить свойства логарифмов, свойства логарифмической функции и уметь решать логарифмические уравнения. В данном разделе представлены логарифмические неравенства (всего 138) разбитые на два уровня сложности. Уровень А — это простейшие логарифмические неравенства, которые являются подготовительными для решения реальных логарифмических неравенств предлагаемых на ЕГЭ по профильной математике. Уровень В — состоит из неравенств, которые предлагали на реальных ЕГЭ и в диагностических работах прошлых лет.
Мановская работа» Логарифмические неравенства в ЕГЭ»
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ НЕРАВЕНСТВА В ЕГЭ
Сечин Михаил Александрович
Малая академия наук учащейся молодежи РК «Искатель»
МБОУ « Советская СШ №1», 11 класс, пгт. Советский Советского района
Гунько Людмила Дмитриевна, учитель МБОУ « Советская СШ №1»
Цель работы: исследование механизма решения логарифмических неравенств С3 при помощи нестандартных методов, выявление интересных фактов логарифма.
1)Найти необходимые сведения о нестандартных методах решения логарифмических неравенств.
2)Найти дополнительные сведения о логарифмах.
3)Научиться решать конкретные логарифмические неравенства С3 с помощью нестандартных методов.
Практическая значимость заключается в расширении аппарата для решения задач С3. Данный материал можно будет использовать на некоторых уроках, для проведения кружков, факультативных занятий по математике.
Проектным продуктом станет сборник «Логарифмические неравенства С3 с решениями».
Глава 2. Сборник логарифмических неравенств ………………………… 7
2.1. Равносильные переходы и обобщенный метод интервалов…………… 7
2.2. Метод рационализации ………………………………………………… 15
2.3. Нестандартная подстановка………………. 22
2.4. Задания с ловушками…………………………………………………… 27
Я учусь в 11 классе и планирую поступить в ВУЗ, где профильным предметом является математика. А поэтому много работаю с задачами части С. В задании С3 нужно решить нестандартное неравенство или систему неравенств, как правило, связанное с логарифмами. При подготовке к экзамену я столкнулся с проблемой дефицита методов и приёмов решения экзаменационных логарифмических неравенств, предлагаемых в С3. Методы, которые изучаются в школьной программе по этой теме, не дают базу для решения заданий С3. Учитель по математике предложила мне поработать с заданиями С3 самостоятельно под её руководством. Кроме этого, меня заинтересовал вопрос: а в жизни нашей встречаются логарифмы?
С учетом этого и была выбрана тема:
«Логарифмические неравенства в ЕГЭ»
Цель работы: исследование механизма решения задач С3 при помощи нестандартных методов, выявление интересных фактов логарифма.
1)Найти необходимые сведения о нестандартных методах решения логарифмических неравенств.
2)Найти дополнительные сведения о логарифмах.
3)Научиться решать конкретные задачи С3 с помощью нестандартных методов.
Практическая значимость заключается в расширении аппарата для решения задач С3. Данный материал можно будет использовать на некоторых уроках, для проведения кружков, факультативных занятий по математике.
Проектным продуктом станет сборник «Логарифмические неравенства С3 с решениями».
Глава 1. История вопроса
На протяжении 16 века быстро возрастало количество приближённых вычислений, прежде всего, в астрономии. Совершенствование инструментов, исследование планетных движений и другие работы потребовали колоссальных, иногда многолетних, расчетов. Астрономии грозила реальная опасность утонуть в невыполненных расчётах. Трудности возникали и в других областях, например, в страховом деле нужны были таблицы сложных процентов для различных значений процента. Главную трудность представляли умножение, деление многозначных чисел, особенно тригонометрических величин.
Открытие логарифмов опиралось на хорошо известные к концу 16 века свойства прогрессий. О связи между членами геометрической прогрессии q, q2, q3, . и арифметической прогрессией их показателей 1, 2, 3. говорил еще в «Псалмите» Архимед. Другой предпосылкой было распространение понятия степени на отрицательные и дробные показатели. Многие авторы указывали, что умножению, делению, возведению в степень и извлечению корня в геометрической прогрессии соответствуют в арифметической — в том же порядке — сложение, вычитание, умножение и деление.
Здесь скрывалась идея логарифма как показателя степени.
В истории развития учения о логарифмах прошло несколько этапов.
Логарифмы были изобретены не позднее 1594 года независимо друг от друга шотландским бароном Непером (1550-1617) и через десять лет швейцарским механиком Бюрги (1552-1632). Оба хотели дать новое удобное средство арифметических вычислений, хотя подошли они к этой задаче по-разному. Непер кинематически выразил логарифмическую функцию и, тем самым, вступил в новую область теории функции. Бюрги остался на почве рассмотрения дискретных прогрессий. Впрочем, определение логарифма у обоих не похоже на современное. Термин «логарифм» (logarithmus) принадлежит Неперу. Он возник из сочетания греческих слов: logos — «отношение» и ariqmo — «число», которое означало «число отношений». Первоначально Непер пользовался другим термином: numeri artificiales- «искусственные числа», в противоположность numeri naturalts -«числам естественным».
В 1615 году в беседе с профессором математики Грешем Колледжа в Лондоне Генри Бригсом (1561-1631) Непер предложил принять за логарифм единицы нуль, а за логарифм десяти — 100, или, что сводится к тому же, просто 1. Так появились десятичные логарифмы и были напечатаны первые логарифмические таблицы. Позже таблицы Бригса дополнил голландский книготорговец и любитель математики Андриан Флакк (1600-1667). Непер и Бригс, хотя пришли к логарифмам раньше всех, опубликовали свои таблицы позже других — в 1620 году. Знаки log и Log были введены в 1624 году И. Кеплером. Термин «натуральный логарифм» ввели Менголи в 1659 г. и вслед за ним Н. Меркатор в 1668 г., а издал таблицы натуральных логарифмов чисел от 1 до 1000 под названием «Новые логарифмы» лондонский учитель Джон Спейдел.
На русском языке первые логарифмические таблицы были изданы в 1703 году. Но во всех логарифмических таблицах были допущены ошибки при вычислении. Первые безошибочные таблицы вышли в 1857 году в Берлине в обработке немецкого математика К. Бремикера (1804-1877).
Дальнейшее развитие теории логарифмов связано с более широким применением аналитической геометрии и исчисления бесконечно малых. К тому времени относится установление связи между квадратурой равносторонней гиперболы и натуральным логарифмом. Теория логарифмов этого периода связана с именами целого ряда математиков.
Немецкий математик, астроном и инженер Николаус Меркатор в сочинении
«Логарифмотехника» (1668) приводит ряд, дающий разложение ln(x+1) по
Это выражение в точности соответствует ходу его мысли, хотя он, конечно, пользовался не знаками d, , . , а более громоздкой символикой. С открытием логарифмического ряда изменилась техника вычисления логарифмов: они стали определяться с помощью бесконечных рядов. В своих лекциях «Элементарная математика с высшей точки зрения», прочитанных в 1907-1908 годах, Ф. Клейн предложил использовать формулу в качестве исходного пункта построения теории логарифмов.
Определение логарифмической функции как функции обратной
показательной, логарифма как показателя степени данного основания
было сформулировано не сразу. Сочинение Леонарда Эйлера (1707-1783)
«Введение в анализ бесконечно малых» (1748 г.) послужило дальнейшему
развитию теории логарифмической функции. Таким образом,
прошло 134 года с тех пор, как логарифмы впервые были введены
(считая с 1614 г.), прежде чем математики пришли к определению
понятия логарифма, которое положено теперь в основу школьного курса.
Глава 2. Сборник логарифмических неравенств
2.1. Равносильные переходы и обобщенный метод интервалов.
, если а > 1
, если 0 а 1
Обобщённый метод интервалов
Данный способ наиболее универсален при решении неравенств практически любого типа. Схема решения выглядит следующим образом:
1. Привести неравенство к такому виду, где в левой части находится функция , а в правой 0.
2. Найти область определения функции .
3. Найти нули функции , то есть – решить уравнение (а решать уравнение обычно проще, чем решать неравенство).
4. Изобразить на числовой прямой область определения и нули функции.
5. Определить знаки функции на полученных интервалах.
6. Выбрать интервалы, где функция принимает необходимые значения, и записать ответ.
Применим метод интервалов
При этих значениях все выражения, стоящие под знаками логарифмов, положительны.
1-й способ. ОДЗ определяется неравенством x > 3. Логарифмируя при таких x по основанию 10, получаем
Последнее неравенство можно было бы решать, применяя правила разложения, т.е. сравнивая с нулём сомножители. Однако в данном случае легко определить интервалы знакопостоянства функции
поэтому можно применить метод интервалов.
Функция f(x) = 2x(x — 3,5)lgǀ x — 3ǀ непрерывна при x > 3 и обращается в ноль в точках x1 = 0, x2 = 3,5, x3 = 2, x4 = 4. Таким образом, определяем интервалы знакопостоянства функции f(x):
2-й способ. Применим непосредственно к исходному неравенству идеи метода интервалов.
Для этого напомним, что выражения a b — a c и (a — 1)(b — 1) имеют один знак. Тогда наше неравенство при x > 3 равносильно неравенству
Поcледнее неравенство решается методом интервалов
Неравенство равносильно совокупности систем
Применим метод интервалов
Так как 2x 2 — 3x + 3 > 0 при всех действительных x, то неравенство равносильно системе
Для решения второго неравенства воспользуемся методом интервалов
В первом неравенстве сделаем замену
тогда приходим к неравенству 2y 2 — y — 1
которое выполняется при тех x, для которых 2x 2 — 3x — 5
Теперь с учетом решения второго неравенства системы окончательно получаем
Неравенство равносильно совокупности систем
Применим метод интервалов или
Неравенство равносильно системе
и первое неравенство
системы принимает вид
квадратный трехчлен на множители,
Применяя к последнему неравенству метод интервалов,
видим, что его решениями, удовлетворяющими условию y > 0 будут все y > 4.
Таким образом исходное неравенство эквивалентно системе:
Итак, решениями неравенства являются все
2.2. Метод рационализации.
Раньше методом рационализации неравенства не решали, его не знали. Это «новый современный эффективный метод решения показательных и логарифмических неравенств» (цитата из книжки Колесниковой С.И.)
И даже, если педагог его знал, была опаска — а знает ли его эксперт ЕГЭ, а почему в школе его не дают? Были ситуации, когда учитель говорил ученику: «Где взял? Садись — 2.»
Сейчас метод повсеместно продвигается. И для экспертов есть методические указания, связанные с этим методом, и в «Самых полных изданиях типовых вариантов . » в решении С3 используется этот метод.
МЕТОД ЧУДЕСНЫЙ!
В других источниках
если a >1 и b >1, то log a b >0 и ( a -1)( b -1)>0;
если a >1 и 0 b log a b a -1)( b -1)
если 0 a b >1, то log a b a -1)( b -1)
если 0 a b log a b >0 и ( a -1)( b -1)>0.
Проведенные рассуждения несложные, но заметно упрощающие решение логарифмических неравенств.
Решение:
Решение:
Ответ. (0; 0,5) U [2; 3].
Пример 6.
Для решения этого неравенства вместо знаменателя запишем (х-1-1)(х-1), а вместо числителя — произведение (х-1)(х-3-9+х).
Ответ : (3 ;6)
2.3. Нестандартная подстановка.
log 4(3 x -1) log 0,25
Сделаем замену у=3 х -1; тогда данное неравенство примет вид
Log 4 log 0,25 .
Так как log 0,25 = — log 4 = -( log 4 y — log 416)=2- log 4 y , то перепишем последнее неравенство в виде 2 log 4 y — log 4 2 y ≤.
Сделаем замену t = log 4 y и получим неравенство t 2 -2 t +≥0, решением которого являются промежутки — t ≤ и ≤ t
Таким образом, для нахождения значений у имеем совокупность двух простейших неравенств Решение этой совокупности есть промежутки 0
Следовательно, исходное неравенство равносильно совокупности двух показательных неравенств, то есть совокупности
Решением первого неравенства этой совокупности является промежуток 0
Неравенство равносильно системе
Решением второго неравенства, определяющего ОДЗ, будет множество тех x,
для которых x > 0.
Для решения первого неравенства сделаем замену
Тогда получаем неравенство
Множество решений последнего неравенства находится методом
Множество тех x, которые удовлетворяют последнему неравенству
принадлежит ОДЗ (x > 0), следовательно, является решением системы,
а значит, и исходного неравенства.
2.4. Задания с ловушками.
.
Решение. ОДЗ неравенства есть все х, удовлетворяющие условию 0 x ≤1. Х=1 не является решением исходного неравенства. Для всех х из промежутка 0 x log 5 x x
Решение. Отыскание ОДЗ в данном случае – непростая задача, поэтому поступим иначе. Исходное неравенство равносильно системе неравенств
Последнее неравенство системы равносильно неравенству х 2 -2х+1
.
Ключевым моментом в решении данного неравенства является поиск его области определения.
Решением данной системы являются два числа, и . Осталось подстановкой выяснить, какие из этих чисел удовлетворяют неравенству.
1. При неравенство принимает вид: – истинно.
2. При неравенство принимает вид: . Для установления истинности или ложности этого неравенства сделаем ряд преобразований: – ложно.
Ответ: .
Решение систем по технике решения не отличается от решения неравенств. Однако иногда возникают трудности с ответом, основанные на сравнении чисел.
Опустив решение каждого из неравенств, приведем только множества их решений. Первое , второе . Для нахождения пересечения этих множеств надо сравнить два числа и .
При затруднениях в сравнении двух чисел обычно используют два приема. Во-первых, можно составить разность этих чисел и преобразовать ее до вида, из которого очевиден ее знак. Во-вторых, иногда можно найти граничное число такое, что одно из чисел больше граничного, а другое меньше.
Воспользуемся первым вариантом. Разность . Заметим, что число , следовательно, и .
Ответ: .
Решением первого неравенства является множество . Второе неравенство сводится к виду . Решение неравенства с учетом ОДЗ . Чтобы найти пересечение множеств необходимо сравнить два числа и . В данном случае можно заметить, что число находится между этими числами. Почему именно ? Дело в том, что второе число с очевидностью больше чем , т.к. . Первое число находится между и , но ближе к . Строго доказать, что , можно составив разность и преобразовав ее к виду . Ответ:
http://math100.ru/prof-ege15-5/
http://infourok.ru/manovskaya-rabota-logarifmicheskie-neravenstva-v-ege-468336.html