Системы логарифмических уравнений и неравенств

Логарифмические уравнения, неравенства и их системы

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.

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

УЛЬЯНОВСКИЙ ИНСТИТУТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

И ПЕРЕПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПРИ

УЛЬЯНОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ПЕДАГОГИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИМЕНИ И.Н.УЛЬЯНОВА

КАФЕДРА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Методы решения логарифмических

уравнений, неравенств и их систем.

УЛЬЯНОВСК 2016 г.

Цели и задачи обучения математике в школе. 3

Цели изучения алгебры и начал анализа

1. Пояснительная записка. 6

2. Программа курса. 8

3. Учебно-тематический план. 9

4. Литература. 10

5. Приложение. 12

5.1. Уравнения и неравенства. Равносильность

уравнений и неравенств. 12

5.2. Логарифмические уравнения и неравенства,

их равносильность. 13

Методы решения логарифмических

Решение систем логарифмических

Решение логарифмических неравенств. 21

Системы логарифмических неравенств. 24

Логарифмические уравнения и неравенства, содержащие переменную под знаком модуля. 25

5.8. Логарифмические уравнения и неравенства

5.9. Тексты контрольных работ. 28

Цели и задачи обучения математике в школе.

В основе характерного для нашего времени нового мировоззрения лежит представление о том, что природу нельзя «покорять», не думая о последствиях своей деятельности, что человеком нельзя управлять как машиной, и силой принуждать его к чему-либо для его же блага. Мир, в котором мы живем , является сложной саморазвивающейся динамической системой, включаю-щей в себя природу и человека. В соответствии с этим в основу школьного преподавания должны быть положены новые ценност-ные ориентиры.

Нельзя думать, что основная цель преподавания состоит только в том, чтобы сообщить ученику как можно больше конкрет-ных знаний, новых понятий, теорем, теорий. На этом пути мы приходим к разбуханию учебных программ и к тому, что значительная часть учащихся, по существу , плохо овладевает школьным материалом. Одна из важнейших целей преподавания состоит в том, чтобы воспитать молодого человека, сформировать его мировоззрение, научить его рациональному мышлению.

На уроках необходимо формировать систему ценностей, с которой молодой человек вступает в мир. Для человека, наряду с материальными ценностями, важны ценности интеллектуальные – знания, умение последовательно рассуждать, анализировать факты, обобщать их. Всему этому школьник учится на уроках математики. Решая задачи, он тренируется в точности и строгости рассуждений, учится искать различные пути выхода из создавшегося положения, привыкает преодолевать трудности. Но чтобы добиться таких результатов, нужно разъяснить ученику цели и задачи изучаемого предмета.

Математика играет важную роль в общей системе образо-вания. Важнейшей задачей обучения является обеспечение некоторого гарантированного уровня математической подго-товки всех школьников, независимо от специальности, которую они изберут в дальнейшем.

Математика, давно став языком науки и техники, в настоя-щее время все шире проникает в повседневную жизнь и обиходный язык, все более внедряется в традиционно далекие от нее области. Компьютеризация общества, внедрение современных информационных технологий требуют математической грамот-ности человека буквально на каждом рабочем месте. Это предполагает и конкретные математические знания, и определен-ный стиль мышления. Роль математической подготовки в общем образовании современного человека ставит следующие цели обучения математике в школе:

— овладение конкретными математическими знаниями, необхо-димыми для применения в практической деятельности, для изучения смежных дисциплин, для продолжения образования;

— интеллектуальное развитие учащихся, формирование качеств мышления, характерных для математической деятельности и необходимых для продуктивной жизни в обществе;

— формирование представлений об идеях и методах матема-тики, о математике как форме описания и методе познания действительности;

— формирование представлений о математике, как части общечеловеческой культуры, понимания значимости математики для общественного прогресса.

Цель изучения курса алгебры и начал анализа в X — XI классах — систематическое изучение функций как важнейшего математического объекта средствами алгебры и математического анализа, раскрытие политехнического и прикладного значений общих методов математики, связанных с исследованием функций, подготовка необходимого аппарата для изучения геометрии и физики. Характерной особенностью курса является системати-зация и обобщение знаний учащихся, закрепление и развитие умений и навыков, полученных в курсе алгебры основной школы, что осуществляется как при изучении нового материала, так и при проведении обобщающего повторения.

Так, в курсе алгебры и начал анализа в XI классе приводятся в систему и обобщаются имеющиеся у школьников сведения о степенях, дается понятие степени с иррациональным показателем, изучаются степенная, показательная и логарифмическая функции и их свойства, кроме этого, изучаются методы решений неслож-ных иррациональных, показательных и логарифмических уравне-ний, неравенств и их систем.

В своей педагогической практике я столкнулась с тем, что при изучении логарифмов у учащихся сразу появляются затруд-нения не только в решении уравнений и неравенств, но даже само определение логарифма вызывает некоторые трудности у старшеклассников. Не сразу приходит понимание темы «Преобразования логарифмических выражений», особенно много сложностей возникает при решении логарифмических уравнений, неравенств, а тем более их систем. Большинство недочетов и ошибок встречается при проверке корней уравнения или при нахождении ОДЗ (область допустимых значений) уравнений и неравенств, ученики зачастую забывают, что проверка решения или нахождение ОДЗ является неотъемлемой частью решения уравнения или неравенства . Поэтому становится ясным, что заострять внимание школьников на этом аспекте нужно раньше, хотя бы в 8-м классе при изучении дробно-рациональных уравнений, чтобы в старших классах у учеников уже был отработан навык нахождения ОДЗ и проверки корней уравнения.

Конечно же, не все методы решения уравнений вызывают затруднения у учащихся, такие методы, как разложение на множители, введение новой переменной и сведение уравнения к квадратному, практически , несложны для старшеклассников, но метод приведения логарифмов к одному основанию вызывает сложности в восприятии и дальнейшем умении их решать.

Метод, основанный на свойстве монотонности функций, также вызывает затруднения, но это связано еще и с тем, что подобных задач очень мало в учебнике Колмогорова.

Поэтому в своей работе я сделала попытку описать наиболее часто встречающиеся методы решения логарифмических уравнений, неравенств и их систем, показала применение этих методов на примерах, которые наиболее ярко поясняют каждый выбранный метод решения. Мне кажется целесообразным разработка спецкурса по данной теме, который поможет более подробно и основательно изучить одну из самых сложных тем учебной программы по алгебре и началам анализа.

1. Пояснительная записка.

Основная цель данного спецкурса — углубление и расширение знаний учащихся по теме «Логарифмические уравнения и неравенства», повышение уровня их математической культуры, подготовка к выбору учащимися путей дальнейшего образования. Преподавание строится как углубленное изучение вопросов темы, предусмотренных программой базового уровня, так и вопросов, расширяющих кругозор, формирующих мировоззрение, раскрывающих прикладной аспект математики. Углубление реализуется на базе обучения методам и приемам решения математических задач, требующих применения высокой логической и операционной культуры, развивающих научно-теоретическое и алгоритмическое мышление учащихся. Уровень предлагаемых и решаемых задач повышенный, существенно превышающий обязательный минимум. Особое место в спецкурсе занимают задачи, требующие применения знаний в незнакомой (нестандартной) ситуации.

Особая установка спецкурса – целенаправленная подготовка учащихся к конкурсным экзаменам в ВУЗы соответствующего профиля. Поэтому преподавание спецкурса направлено на систематизацию знаний и углубление умений учащихся на повышенном уровне и на уровне, предусмотренном программой вступительных экзаменов в ВУЗы .

Основная методическая установка спецкурса – организация самостоятельной деятельности учащихся при ведущей и направляющей роли учителя. Каждый из приведенных вопросов спецкурса предусматривает возможное распределение часов. В случае необходимости, возможно изменение количества часов на изучение некоторых вопросов. Порядок изучения спецкурса определяется в соответствии с тематическим планированием базового курса, целесообразно прохождение данного спецкурса сразу после прохождения соответствующей темы базового курса алгебры и начал анализа 11 класса. Вполне допустимо, чтобы какой-то вопрос темы изучался не подряд, а перемежаясь с другими темами. При необходимости, возможно изменение содержания спецкурса, перераспределение учебного времени, придерживаясь при этом основного принципа: содержание спецкурса в первую очередь должно углублять и дополнять основной базовый курс .

Программа спецкурса состоит из следующих разделов:

— Уравнения и неравенства. Равносильность уравнений

— Логарифмические уравнения и неравенства,

— Методы решения логарифмических уравнений.

— Решение систем логарифмических уравнений.

— Решение логарифмических неравенств.

— Системы логарифмических неравенств.

— Логарифмические уравнения и неравенства, содержа-

щие переменную под знаком модуля.

— Уравнения и неравенства с параметром.

По сравнению с государственной базовой программой в спецкурс включены такие вопросы, как равносильность логарифмических уравнений и неравенств, подробно рассматривается вопрос потери корня уравнения и приобретения постороннего корня. Также включены вопросы решения уравнений с модулем и с параметром, которые в школьном учебнике « Алгебра и начала анализа» под редакцией Колмогорова А.Н. просто отсутствуют.

Данные вопросы включены в спецкурс по той причине, что уравнения и неравенства с модулем и с параметром часто встречаются на вступительных экзаменах в ВУЗы , и абитуриенты должны уметь их решать, чтобы составить достойную конкурен-цию на вступительных испытаниях.

2. Программа курса.

1. Логарифмические уравнения и неравенства, их равносильность.

Определение уравнения, неравенства, корня уравнения. Равносильность уравнений и неравенств. Определения логарифмического уравнения и неравенства. Равносильность логарифмических уравнений и неравенств. Посторонний корень, потеря корня. Формулы логарифмирования, потенцирования.

Методы решения логарифмических уравнений и их систем.

Метод потенцирования. Метод введения новой переменной. Метод логарифмирования. Функционально-графический метод. Метод введения вспомогательной переменной. Метод алгебраи-ческого сложения.

Методы решения логарифмических неравенств и их систем.

Основные теоремы. Переход от неравенства к равносильной системе неравенств. Метод введения вспомогательной переменной. Переход от старого основания логарифма к новому основанию. Метод интервалов.

Логарифмические уравнения и неравенства с модулем.

Основные приемы решения уравнений и неравенств с модулем.

Уравнения и неравенства с параметром.

Основные приемы решения уравнений и неравенств с параметром.

Обобщение и систематизация знаний по теме «Логарифмические уравнения, неравенства и их системы».

Логарифмические уравнения и системы

п.1. Методы решения логарифмических уравнений

При решении логарифмических уравнений используются следующие основные методы:
1) переход от логарифмического уравнения к равносильному уравнению \(f(x)=g(x)\) с системой неравенств, описывающих ОДЗ;
2) графический метод;
3) замена переменной.

п.2. Решение уравнений вида \(\log_a f(x)=\log_a g(x)\)

Неравенства \( \begin f(x)\gt 0\\ g(x)\gt 0 \end \) в системе соответствуют ограничению ОДЗ для аргумента логарифмической функции.

Решать логарифмическое уравнение принято в таком порядке:
1) решить систему неравенств и получить промежутки допустимых значений для \(x\) в явном виде;
2) решить уравнение \(f(x)=g(x)\);
3) из полученных корней выбрать те, что входят в промежутки допустимых значений. Записать ответ.

Однако, если выражения \(f(x)\) и \(g(x)\) слишком сложны для явного решения, возможен другой порядок действий:
1) решить уравнение \(f(x)=g(x)\);
2) провести подстановку: полученные корни подставить в выражения для \(f(x)\) и \(g(x)\), и проверить, получатся ли положительные значения для этих функций;
3) из корней выбрать те, для которых подстановка оказалась успешной. Записать ответ.

Например:
Решим уравнение \(\lg(2x+3)+\lg(x+4)=\lg(1-2x)\)
Найдем ОДЗ в явном виде:
\( \begin 2x+3\gt 0\\ x+4\gt 0\\ 1-2x\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\gt-\frac32\\ x\gt-4\\ x\lt\frac12 \end \Rightarrow -\frac32\lt x\lt\frac12\Rightarrow x\in\left(-\frac32;\frac12\right) \)
Решаем уравнение:
\(\lg\left((2x+3)(x+4)\right)=\lg(1-2x)\)
\((2x+3)(x+4)=1-2x\)
\(2x^2+11x+12-1+2x=0\)
\(2x^2+13x+11=0\)
\((2x+11)(x+1)=0\)
\( \left[ \begin x_1=-5,5\\ x_2=-1 \end \right. \)
Корень \(x_1=-5,5\notin \left(-\frac32;\frac12\right),\) т.е. не подходит.
Корень \(x_2=-1\in \left(-\frac32;\frac12\right)\) — искомое решение.
Ответ: -1

п.3. Решение уравнений вида \(\log_ f(x)=\log_ g(x)\)

Как и в предыдущем случае, можно сначала найти ОДЗ, а потом решать уравнение.
Или же, можно решить уравнение, а потом проверить требования ОДЗ прямой подстановкой полученных корней.

Например:
Решим уравнение \(\log_(x^2-4)=\log_(2-x)\)
Найдем ОДЗ в явном виде:
\( \begin x^2-4\gt 0\\ 2-x\gt 0\\ x+5\gt 0\\ x+5\ne 1 \end \Rightarrow \begin x\lt -2\cup x\gt 2\\ x\lt 2\\ x\gt -5\\ x\ne -4 \end \Rightarrow \begin -5\lt x\lt -2\\ x\ne -4 \end \Rightarrow x\in (-5;-4)\cup(-4;-2) \)
Решаем уравнение:
\(x^2-4=2-x\)
\(x^2+x-6=0\)
\((x+3)(x-2)=0\)
\( \left[ \begin x_1=-3\\ x_2=2 — \ \text <не подходит>\end \right. \)
Ответ: -3

В логарифмическом уравнении перед отбрасыванием логарифмов основания обязательно должны быть равны. Не забывайте это проверять!

Например:
Решим уравнение \(\log_<2>(x+1)=\log_<4>(x+3)\)
Основания \(2\ne 4\), и нельзя сразу написать \(x+1=x+3\).
Нужно привести к одному основанию, преобразовав левую часть:
\(\log_2(x+1)=\log_<2^2>(x+1)^2=\log_4(x+1)^2\)
Тогда исходное уравнение примет вид: \(\log_4(x+1)^2=\log_4(x+3)\)
И теперь: \((x+1)^2=x+3\)
\(x^2+x-2=0\)
\((x+2)(x-1)=0\)
\( \left[ \begin x_1=-2\\ x_2=1 \end \right. \)
Что касается ОДЗ, то её нужно искать для исходного уравнения:
\( \begin x+1\gt 0\\ x+3\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\gt -1\\ x\gt -3 \end \Rightarrow x\gt -1 \)
Корень \(x_1=-2\lt -1\) — не подходит.
Ответ: 1

Преобразования могут расширить первоначальную область допустимых значений (например, при возведении в квадрат), и вы включите в решение лишние корни.
Преобразования также могут сузить ОДЗ (например, при взятии корня), и некоторые решения окажутся потеряны.
Поэтому ОДЗ определяется для исходного уравнения (выражения, неравенства), а не того, которое получено после преобразований.

п.4. Примеры

Пример 1. Решите уравнения:
a) \( \log_2(x+1)-\log_2(x-1)=1 \)
ОДЗ: \( \begin x+1\gt 0\\ x-1\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\gt -1\\ x\gt 1 \end \Rightarrow x\gt 1 \)
\(\log_2\left((x+1)(x-1)\right)=\log_22\)
\(x^2-1=2\Rightarrow x^2 =3\)
\( \left[ \begin x_1=-\sqrt<3>\lt 2 — \text<не подходит>\\ x_2=\sqrt <3>\end \right. \)
Ответ: \(\sqrt<3>\)

б) \( 2\log_5(x-1)=\log_5(1,5x+1) \)
ОДЗ: \( \begin x-1\gt 0\\ 1,5x+1\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\gt 1\\ x\gt-\frac23 \end \Rightarrow x\gt 1 \)
Преобразуем: \(2\log_5(x-1)=\log_5(x-1)^2\)
Получаем: \(\log_5(x-1)^2=\log_5(1,5x+1)\)
\((x-1)^2=1,5x+1\)
\(x^2-2x+1-1,5x-1=0\Rightarrow x^2-3,5x=0\Rightarrow x(x-3,5)=0\)
\( \left[ \begin x_1=0\lt 1 — \text<не подходит>\\ x_2=3,5 \end \right. \)
Ответ: 3,5

в) \( \log_3(3-x)+\log_3(4-x)=1+2\log_3 2 \)
ОДЗ: \( \begin 3-x\gt 0\\ 4-x\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\lt 3\\ x\lt 4 \end \Rightarrow x\lt 3 \)
Преобразуем: \(1+2\log_3 2=\log_3 3+\log_3 2^2=\log_3(3\cdot 4)=\log_3 12\)
Получаем: \(\log_3\left((3-x)(4-x)\right)=\log_3 12\)
\((3-x)(4-x)=12\Rightarrow 12-7x+x^2=12\Rightarrow x(x-7)=0\)
\( \left[ \begin x_1=0\\ x_2=7\gt 3 — \text <не подходит>\end \right. \)
Ответ: 0

г) \( \log_2^2x+\log_2 x^2+1=0 \)
ОДЗ: \(x\gt 0\)
\(\log_2x^2=2\log_2x\)
Получаем: \(\log_2^2x+2\log_2x+1=0\)
Замена: \(t=\log_2 x\)
\(t^2+2t+1=0\Rightarrow(t+1)^2=0\Rightarrow t=-1\)
Возвращаемся к исходной переменной: \(\log_2x=-1\)
\(x=2^<-1>=\frac12\)
Ответ: \(\frac12\)

д) \( x^<\lg x>=10 \)
ОДЗ: \(x\gt 0\)
Замена: \(t=\lg ⁡x\). Тогда \(x=10^t\)
Подставляем:
\((10^t)^t=10\Rightarrow 10^=10^1\Rightarrow t^2=1\Rightarrow t=\pm 1\)
Возвращаемся к исходной переменной:
\( \left[ \begin \lg x=-1\\ \lg x=1 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x=10^<-1>\\ x=10 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x_1=0,1\\ x_2=10 \end \right. \)
Оба корня подходят.
Ответ:

e) \( \sqrt\cdot \log_5(x+3)=0 \)
ОДЗ: \( \begin x\geq 0\\ x+3\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\geq 0\\ x\gt -3 \end \Rightarrow x\geq 0 \)
\( \left[ \begin \sqrt=0\\ \log_5(x+3)=0 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x=0\\ x+3=5^0=1 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x_1=0\\ x_2=-2\lt 0 — \text <не подходит>\end \right. \)
Ответ: 0

ж) \( \log_<5x-2>2+2\log_<5x-2>x=\log_<5x-2>(x+1) \)
ОДЗ: \( \begin x\gt 0\\ x+1\gt 0\\ 5x-2\gt 0\\ 5x-2\ne 1 \end \Rightarrow \begin x\gt 0\\ x\gt -1\\ x\gt\frac25\\ x\ne\frac35 \end \Rightarrow \begin x\gt\frac25\\ x\ne\frac35 \end \)
Преобразуем: \(\log_<5x-2>2+2\log_<5x-2>x=\log_<5x-2>(2x^2)\)
Подставляем: \(\log_<5x-2>(2x^2)=\log_<5x-2>(x+1)\)
\( 2x^2=x+1\Rightarrow 2x^2-x-1=0\Rightarrow (2x+1)(x-1)=0 \Rightarrow \left[ \begin x_1=-\frac12 — \text<не подходит>\\ x_2=1 \end \right. \)
Ответ: 1

Пример 2*. Решите уравнения:
a) \( \log_4\log_2\log_3(2x-1)=\frac12 \)
ОДЗ: \( \begin 2x-1\gt 0\\ \log_3(2x-1)\gt 0\\ \log_2\log_3(2x-1)\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\gt\frac12\\ 2x-1\gt 3^0\\ \log_3(2x-1)\gt 2^0 \end \Rightarrow \begin x\gt\frac12\\ x\gt 1\\ 2x-1\gt 3^1 \end \Rightarrow \)
\( \Rightarrow \begin x\gt\frac12\\ x\gt 1\\ x\gt 2 \end \Rightarrow x\gt 2 \)
Решаем:
\(\log_2\log_3(2x-1)=4^<1/2>=2\)
\(\log_3(2x-1)=2^2=4\)
\(2x-1=3^4=81\)
\(2x=82\)
\(x=41\)
Ответ: 41

б) \( \log_2(9-2^x)=25^<\log_5\sqrt<3-x>> \)
ОДЗ: \( \begin 9-2x\gt 0\\ 3-x\gt 0 \end \Rightarrow \begin 2^x\lt 9\\ x\lt 3 \end \Rightarrow \begin x\lt\log_2 9\\ x\lt 3 \end \Rightarrow x\lt 3 \)
Преобразуем: \(25^<\log_5\sqrt<3-x>>=25^<\log_<5^2>(\sqrt<3-x>)^2>=25^<\log_<25>(3-x)>=3-x\)
Подставляем: \(\log_2(9-2^x)=3-x\)
\(9-2^x=2^<3-x>\)
\(9-2^x-\frac<8><2^x>=0\)
Замена: \(t=2^x\gt 0\)
\( 9-t-\frac8t=0\Rightarrow \frac<-t^2+9t-8>=0\Rightarrow \begin t^2-9t+8\gt 0\\ t\ne 0 \end \Rightarrow \begin (t-1)(t-8)=0\\ t\ne 0 \end \Rightarrow \left[ \begin t_1=1\\ t_2=8 \end \right. \)
Возвращаемся к исходной переменной:
\( \left[ \begin 2^x=1\\ 2^x=8 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin 2^x=2^0\\ 2^x=2^3 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x_1=0\\ x_2=3 \end \right. \)
По ОДЗ \(x\lt 3\), второй корень не подходит.
Ответ: 0

в) \( \lg\sqrt+\lg\sqrt<2x-3>+1=\lg 30 \)
ОДЗ: \( \begin x-5\gt 0\\ 2x-3\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\gt 5\\ x\gt\frac32 \end \Rightarrow x\gt 5 \)
Преобразуем: \(\lg 30-1=\lg 30-\lg 10=\lg\frac<30><10>=\lg 3\)
Подставляем: \(\lg\sqrt+\lg\sqrt<2x-3>=\lg 3\)
\(\frac12\lg(x-5)+\frac12\lg(2x-3)=\lg 3\ |\cdot 2\)
\(\lg(x-4)+\lg(2x-3)=2\lg 3\)
\(\lg\left((x-5)(2x-3)\right)=\lg 3^2\)
\((x-5)(2x-3)=9\Rightarrow 2x^2-13x+15-9=0 \Rightarrow 2x^2-13x+6=0\)
\( (2x-1)(x-6)=0\Rightarrow \left[ \begin x_1=\frac12\lt 5 — \ \text<не подходит>\\ x_2=6 \end \right. \)
Ответ: 6

г) \( \frac<1><\lg x>+\frac<1><\lg 10x>+\frac<3><\lg 100x>=0 \)
ОДЗ: \( \begin x\gt 0\\ \lg x\ne 0\\ \lg 10x\ne 0\\ \lg 100x\ne 0 \end \Rightarrow \begin x\gt 0\\ x\ne 1\\ 10x\ne 1\\ 100x\ne 1 \end \Rightarrow \begin x\gt 0\\ x\ne\left\<\frac<1><100>;\frac<1><10>;1\right\> \end \)
Преобразуем: \(\lg 10x=\lg 10+\lg x=1+\lg 10\)
\(\lg 100x=\lg 100+\lg x=2+\lg x\)
Подставляем: \(\frac<1><\lg x>+\frac<1><1+\lg x>+\frac<3><2+\lg x>=0\)
Замена: \(t=\lg x\)
\begin \frac1t+\frac<1><1+t>+\frac<3><2+t>=0\Rightarrow \frac1t+\frac<1><1+t>=-\frac<3><2+t>\Rightarrow \frac<1+t+t>=-\frac<3><2+t>\Rightarrow (1+2t)(2+t)=(1+t)\\ 2_5t+2t^2=-3t-3t^2\Rightarrow 5t^2+8t+2=0\\ D=8^2-4\cdot 5\cdot 2=24,\ \ t=\frac<-8\pm 2\sqrt<6>><10>=\frac<-4\pm \sqrt<6>> <5>\end Возвращаемся к исходной переменной:
$$ \left[ \begin \lg x=\frac<-4- \sqrt<6>><5>\\ \lg x=\frac<-4+ \sqrt<6>> <5>\end \right. \Rightarrow \left[ \begin x=10\frac<-4- \sqrt<6>><5>\\ x=10\frac<-4+ \sqrt<6>> <5>\end \right. $$ Оба корня подходят.
Ответ: \(\left\<10\frac<-4\pm\sqrt<6>><5>\right\>\)

e) \( x^<\frac<\lg x+7><4>>=10^ <\lg x+1>\)
ОДЗ: \(x\gt 0\)
Замена: \(t=\lg x.\) Тогда \(x=10^t\)
Подставляем: \begin (10^t)^<\frac<4>>=10^\\ \frac<4>=t+1\Rightarrow t(t+7)=4(t+1)\Rightarrow t^2+7t-4t-4=0\\ t^2+3t-4=0\Rightarrow (t+4)(t-1)=0\Rightarrow \left[ \begin t_1=-4\\ t_2=1 \end \right. \end Возвращаемся к исходной переменной:
$$ \left[ \begin \lg x=-4\\ \lg x=1 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x=10^<-4>\\ x=10 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x_1=0,0001\\ x_2=10 \end \right. $$ Оба корня подходят.
Ответ: \(\left\<0,0001;\ 10\right\>\)

ж) \( 4^<\log_3(1-x)>=(2x^2+2x+5)^ <\log_3 2>\)
ОДЗ: \( \begin 1-x\gt 0\\ 2x^2+2x+5\gt 0 \end \Rightarrow \begin x\lt 1\\ D\lt 0,\ x\in\mathbb \end \Rightarrow x\lt 1 \)
По условию: \begin \log_3(1-x)=\log_4\left((2x^2+2x+5)^<\log_32>\right)\\ \log_3(1-x)=\log_32\cdot\log_4(2x^2+2x+5) \end Перейдем к другому основанию: $$ \frac<\lg(1-x)><\lg 3>=\frac<\lg 2><\lg 3>\cdot\frac<\lg(2x^2+2x+5)><\lg 4>\ |\cdot\ \lg 3 $$ \(\frac<\lg 2><\lg 4>=\frac<\lg 2><\lg 2^2>=\frac<\lg 2><2\lg 2>=\frac12\) \begin \lg(1-x)=\frac12\cdot\lg(2x^2+2x+5)\ |\cdot 2\\ 2\lg(1-x)=\lg(2x^2+2x+5)\\ \lg(1-x)^2=\lg(2x^2+2x+5)\\ (1-x)^2=2x^2+2x+5\\ 1-2x+x^2=2x^2+2x+5\\ x^2+4x+4=0\\ (x+2)^2=0\\ x=-2 \end Ответ: -2

Пример 3. Решите систему уравнений:
a) \( \begin \lg x+\lg y=\lg 2\\ x^2+y^2=5 \end \)
ОДЗ: \( \begin x\gt 0\\ y\gt 0 \end \)
Из первого уравнения: \(\lg(xy)=\lg 2\Rightarrow xy=2\)
Получаем: \( \begin xy=2\\ x^2+y^2=5 \end \Rightarrow \begin y=\frac2x\\ x^2+\left(\frac2x\right)^2-5=0 \end \)
Решаем биквадратное уравнение: \begin x^2+\frac<4>-5=0\Rightarrow\frac=0\Rightarrow \begin x^4-5x^2+4=0\\ x\ne 0 \end \\ (x^2-4)(x^2-1)=0\Rightarrow \left[ \begin x^2=4\\ x^2=1 \end \right. \Rightarrow \left[ \begin x=\pm 2\\ x=\pm 1 \end \right. \end Согласно ОДЗ, оставляем только положительные корни.
Получаем две пары решений: \( \left[ \begin \begin x=1\\ y=\frac2x=2 \end \\ \begin x=2\\ y=\frac22=1 \end \end \right. \)
Ответ: \(\left\<(1;2),(2,1)\right\>\)

б) \( \begin x^=27\\ x^<2y-5>=\frac13 \end \)
ОДЗ: \(x\gt 0,\ x\ne 1\)
Логарифмируем: \( \begin y+1=\log_x27=\log_x3^3=3\log_x3\\ 2y-5=\log_x\frac13=\log_x3^<-1>=-\log_x3 \end \)
Замена: \(z=\log_x3\) \begin \begin y+1=3z\\ 2y-5=-z\ |\cdot 3 \end \Rightarrow \begin y+1=3z\\ 6y-15=-3z \end \Rightarrow \begin 7y-14=0\\ z=5-2y \end \Rightarrow \begin y=2\\ z=1 \end \end Возвращаемся к исходной переменной: $$ \begin y=2\\ \log_x3=1 \end \Rightarrow \begin x^1=3\\ y=2 \end \Rightarrow \begin x=3\\ y=2 \end $$
Ответ: (3;2)

в*) \( \begin 3(\log_y x-\log_x y)=8\\ xy=16 \end \)
ОДЗ: \( \begin x\gt 0,\ x\ne 1\\ y\gt 0,\ y\ne 1 \end \)
Сделаем замену \(t=\log_x y\). Тогда \(\log_y x=\frac<1><\log_x y>=\frac1t\)
Подставим в первое уравнение и решим его: \begin 3\left(\frac1t-t\right)=8\Rightarrow\frac<1-t^2>=\frac83\Rightarrow \begin 3(1-t^2)=8t\\ t\ne 0 \end\\ 3t^2+8t-3=0\Rightarrow (3t-1)(t+3)=0\Rightarrow \left[ \begin t_1=\frac13\\ t_2=-3 \end \right. \end Прологарифмируем второе уравнение по \(x\): $$ \log_x(xy)=\log_x16\Rightarrow 1+\log_x y=\log_x16\Rightarrow 1+t=\log_x 16 $$ Получаем: \begin \left[ \begin \begin t=\frac13\\ \log_x16=1+t=\frac43 \end \\ \begin t=-3\\ \log_x16=1+t=-2 \end \end \right. \Rightarrow \left[ \begin \begin t=\frac13\\ x^<\frac43>=16 \end \\ \begin t=-3\\ x^<-2>=16 \end \end \right. \Rightarrow \left[ \begin \begin t=\frac13\\ x=(2^4)^<\frac34>=2^3=8 \end \\ \begin t=-3\\ x=(16)^<-\frac12>=\frac14 \end \end \right. \end Возвращаемся к исходной переменной: \begin \left[ \begin \begin x=8\\ \log_x y=\frac13 \end \\ \begin x=\frac14\\ \log_x y=-3 \end \end \right. \Rightarrow \left[ \begin \begin x=8\\ y=8^<\frac13>=2 \end \\ \begin x=\frac14\\ y=\left(\frac14\right)^<-3>=64 \end \end \right. \end
Ответ: \(\left\<(8;2),\left(\frac14; 64\right)\right\>\)

г*) \( \begin (x+y)\cdot 3^=\frac<5><27>\\ 3\log_5(x+y)=x-y \end \)
ОДЗ: \(x+y\gt 0\)
Прологарифмируем первое уравнение по 3: \begin \log_3\left((x+y)\cdot 3^\right)=\log_3\frac<5><27>\\ \log_3(x+y)+(y-x)=\log_3\frac<5><27>\\ \log_3(x+y)-\log_3\frac<5><27>=x-y \end Получаем:\(x-y=3\log_5(x+y)=\log_3(x+y)-\log_3\frac<5><27>\)
Решим последнее уравнение относительно \(t=x+y\) \begin 3\log_5 t=\log_3 t-\log_3\frac<5><27>\\ 3\cdot\frac<\log_3t><\log_35>-\log_3t=-\log_3\frac<5><27>\\ \log_3t\cdot\left(\frac<3><\log_35>-1\right)=-\log_3\frac<5><27>\\ \log_3t=-\frac<\log_3\frac<5><27>><\frac<3><\log_35>-1>=-\frac<(\log_35-3)\log_35><3-\log_35>=\log_35\\ t=5 \end Тогда: \(x-y=3\log_5t=3\log_55=3\)
Получаем систему линейных уравнений: \begin \begin x+y=5\\ x-y=3 \end \Rightarrow \begin 2x=5+3\\ 2y=5-3 \end \Rightarrow \begin x=4\\ y=1 \end \end Требование ОДЗ \(x+y=4+1\gt 0\) выполняется.
Ответ: (4;1)

Методическое пособие по теме «Логарифмическая функция. Решение логарифмических уравнений, неравенств и систем логарифмических неравенств»

Разделы: Математика

Логарифмические уравнения, неравенства и системы логарифмических неравенств входят в число задач, предлагаемых на едином государственном экзамене по математике. Пособие может быть использовано для подготовки к единому государственному экзамену, а также для более глубокого изучения темы “Логарифмическая функция. Решение логарифмических уравнений, неравенств и систем логарифмических неравенств”.

В данном пособии представлены самостоятельные работы для отработки и закрепления навыков решения логарифмических уравнений, неравенств и систем логарифмических неравенств.

Самостоятельные работы рассчитаны на учащихся физико-математических классов, однако, могут быть использованы и для хорошо успевающих учащихся общеобразовательных учреждений. За каждую из проведенных работ выставляется оценка, что послужит достаточной мотивацией для наиболее полной и качественной домашней проработки пройденного накануне материала.

В приложении 1 приведена самостоятельная работа, в которой учащимся предлагается решить логарифмические уравнения, используя при этом определение логарифма, основное логарифмическое тождество и другие преобразования логарифмов. В процессе решения необходимо провести проверку полученных ответов на соответствие с ограничениями, предусмотренными при использовании логарифмической функции. Кроме того, одно из логарифмических уравнений в процессе решения потребует тригонометрических преобразований, а также проверку найденных корней на соответствие с ограничениями, введенными в связи с использованием логарифма, т.е. учащимся придется решать тригонометрическое неравенство и отбирать нужные корни в соответствии с полученным ограничением. Задания 3 и 4 являются наиболее сложными в работе и рассчитаны на более высокий уровень подготовки учащихся. Эту работу полезно использовать и в средней общеобразовательной школе для лучшего запоминания и усвоения основных понятий по данной теме, исключив из нее задания 3 и 4.

В приложении 2 содержится самостоятельная работа на решение логарифмических неравенств. В работу включены различные типы логарифмических неравенств. При этом задания 1, 2 и 3 целесообразно давать учащимся общеобразовательной школы. Для решения неравенства 4 от учащихся потребуются навыки работы с неравенствами, содержащими модуль. Неравенства 4, 5 и 6 предназначены для учащихся физико-математических классов.

В приложении 3 приведены три системы неравенств, каждая из которых содержит логарифмическое неравенство с переменной в основании, а также показательное неравенство, сводящееся к квадратному с помощью замены переменной, либо решаемое при помощи обобщенного метода интервалов. Эта самостоятельная работа рассчитана на учащихся с достаточно высоким уровнем математической подготовки и рекомендуется для проведения в классах с углубленным изучением математики.

Самостоятельные работы составлены в четырех вариантах эквивалентной сложности, которые удобно использовать для промежуточного контроля знаний учащихся, отработки практических навыков решения задач по теме “Логарифмическая функция”.

Представленные в пособии работы позволяют учащимся лучше усвоить пройденный материал по указанной теме, что подтверждено практикой.

Самостоятельные работы содержат ответы, что позволит значительно сократить время проверки работ преподавателем.

Данное пособие также может быть использовано для организации повторения при подготовке учащихся старших классов к успешной сдаче единого государственного экзамена по математике.