Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

IDZ_VysshMatematTerehov

.pdf
Скачиваний:
65
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
8.13 Mб
Скачать

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

в случае

 

:

 

 

x R ;

b < 0

в случае

 

 

 

:

a f ( x ) = alog a b f (x) = loga b;

b > 0,

b 1, b a

 

 

 

в случае

b =1= a0

:

a f ( x) = a0 f (x) = 0 .

Пример 52. Решить показательное уравнение 5 x 2 5 x + 6 = 1 .

Перепишем уравнение в виде 5 x 2 5 x + 6 = 50 , тогда x2 5x + 6 = 0 . По теореме

Виета x1 + x2 = 5

, отсюда x1 = 2, x2 = 3 .

x1x2 = 6

 

Пример 53. Решить показательное уравнение 3 x 2 = 4 .

Воспользуемся свойством 14: 3 x 2 = 3 log 3 4, отсюда по свойству 12:

x 2 = log3 4 или x = 2 + log3 4 = 2 log3 3 + log3 4 = log3 9 + log3 4 = log3 36 .

б) уравнения, приводящиеся к равенству степеней с одинаковым

основанием a f (x) = a g ( x) , откуда по свойству 12 имеем f (x) = g(x) .

Пример 54. Решить показательное уравнение

2 2 x 14 x + 1

= 64 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 x 1

 

 

 

Числа 4 , 8 и 64

можно записать в виде 22 , 23

и 26 . Тогда уравнение можно

переписать так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 x 1(22 ) x + 1

6

2 2 x 12 2 x + 2

6

2 4 x + 1

6

 

x + 4

6

 

3

x 1

= 2 ;

 

3 x 3

= 2 ;

 

 

= 2 ; 2

 

= 2

x + 4

= 6; x = 2 .

2

2

3 x 3

 

(2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) вынесение показательной функции за скобки

Пример 55. Решить показательное уравнение 5 2 x + 1 + 2 5 2 x + 5 2 x 1 = 900 . Представим уравнение с учетом свойств 8 и 9 в виде

5 5

2 x

+ 2

5

2 x

+

5 2 x

= 900; 5

2 x

+ 2

+

1

= 900;

36

5

2 x

= 900;

 

 

5

5

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52 x = 125; 52 x = 53 2x = 3 .

г) введение вспомогательной неизвестной (метод замены).

Пример 56. Решить показательное уравнение 4x 2 + 2 9 2 x 2 + 2 + 8 = 0 .

Так как

4

x2

+ 2

= ( 2

2

)

x2

+ 2

 

x2 + 2

2

x 2 + 2

= y > 0,

 

 

 

 

 

= 2

 

, то введём новую неизвестную 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при этом уравнение приобретает вид y2 9 y + 8 = 0 . По теореме Виета

y1

+ y2

= 9

, т.е. y1

= 1; y2 = 8 .

 

 

 

y2 =

8

 

 

y1

 

 

 

 

Решим показательные уравнения (см. п. б))

 

 

y = 1: 2 x 2 + 2= 1;

2 x 2 + 2= 20 ;

x2 + 2 = 0

x R.

 

1

 

 

 

 

 

.

y2 = 8 : 2 x 2 + 2= 8; 2 x 2 + 2= 23 ;

x2 + 2 = 3

x1 , 2 = m1

 

д) однородное уравнение вида A a2 f ( x) + B (a b) f ( x) + C b2 f ( x) = 0 .

1

 

1

 

1

 

 

+ 6

x = 9

x .

Пример 57. Решить однородное показательное уравнение 4

x

 

 

40

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

Числа 4 , 6 и 9 можно записать, как 22 , 2 3, 32 , тогда уравнение перепишется

в виде (2

2

1

1

2

1

 

 

 

1

2

 

1

1

 

 

1

2

 

 

x

 

 

x

 

x

x

 

x

 

 

x

+ (2 3)

x

;

 

2

 

 

+ 2

 

3

 

3

 

= 0;

ОДЗ: x0. Введём но-

 

)

 

 

= (3

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вые неизвестные

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = y > 0 и

x = z > 0, тогда имеем

y2 + y z z2 = 0 .

Решим

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

y

 

 

это квадратное уравнение с учётом того факта, что

z 0 :

z2

 

+

1

= 0 .

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вводя новую неизвестную

 

 

y

= t > 0 ( y > 0 и z > 0 ), получим t2 + t 1= 0 . Дискри-

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

минант уравнения D = 1 + 4 = 5 > 0;

 

D =

5.

 

Вычислим корни уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

t1 =

1

5 < 0 – посторонний корень, т.к.

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

> 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2 =

1 +

5 > 0 – удовлетворяет условию t > 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

2 x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В силу того, что

t

=

 

 

=

 

 

 

 

 

, поэтому решим уравнение

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 1

 

1

5 1

 

2

x

 

5 1

 

 

2

x

 

 

2 log

2

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

;

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

3

 

 

;

 

 

= log

 

 

; x = −log

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

x

 

2

 

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

е) уравнения, требующие знания свойств функций и умения рассуждать.

Пример 58. Решить показательное уравнение 5x x 8x 1 = 500 .

В уравнение входит корень степени x , отсюда x N и x 2 . Перепишем урав-

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

3x 3

 

 

 

 

x

= 3

 

 

 

нение в виде 5

x

8

 

3

2

2

;

5

x

 

 

3

2

2

;

 

 

 

 

 

. Подставив x = 3

 

 

 

 

 

 

x = 5

 

 

2 x = 5

 

3x 3

= 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

во второе уравнение системы, убеждаемся в том, что это значение является корнем исходного уравнения.

ж) уравнение вида

A a x + B b x = C c x , не сводящееся к однородному,

может быть преобразовано путём деления на c x 0 в уравнение

 

 

 

 

 

A g x + B q x = C ,

которое решается только в следующих частных случаях:

– если g q = 1 (числа g

и q являются взаимно-обратными), то, вводя

замену gx = y, qx =

1

=

1

 

(y > 0, x R), получаем квадратное уравнение

gx

y

 

 

 

A y2 C y + B = 0 ;

если g = qm (или q = g m ), то вводя замену g x = y > 0 и q x = (g x )m = ym , получаем алгебраическое уравнение B y m + A y C = 0 ;

если A = B = C = 1 и g 2 + q2 = 1, то полагая g = sinα и q = cosα , получают

41

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

очевидный корень;

– иногда для таких уравнений удаётся сразу увидеть очевидный корень, после чего доказывают, что других корней нет.

 

+

x

 

x

= 10 .

Пример 59. Решить показательное уравнение 5

24

+ 5

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

Перепишем уравнение в виде (5 +

 

24 )

 

+ (5

24 )

 

= 10 и заметим, что числа

 

2

2

5 + 24 и 5

24

 

являются взаимно-обратными, т.е. (5 +

24 )(5

 

24 ) = 1 .

Поэтому 5 24 =

5 +

1

24

 

, следовательно, уравнение принимает вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5 + 24)

x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

= 10 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5 +

 

24)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введём новую неизвестную (5 +

 

24 )

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

= y > 0 , тогда имеем

 

 

 

 

 

y + 1

= 10 ;

 

y 2 10 y + 1 = 0.

 

D = 100 4 = 96 > 0;

 

D = 4

6 .

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 10 4 6 =

5 2 6 = 5 24 > 0, y

2

= 10 + 4 6 = 5 + 2 6 = 5 + 24 > 0 .

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решим показательные уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

: (5 +

24 )

 

x

 

 

 

 

 

(5 +

 

24 )

x

= (5 +

 

24 ) 1;

 

 

 

 

 

y

 

2

 

 

= 5

 

24;

 

2

 

 

 

 

x = −2;

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2 : (5 + 24 )

 

 

= 5 + 24; (5 + 24 )

 

= (5 + 24 )1; x2 = 2 .

 

 

 

 

2

2

 

 

Пример 60. Решить показательное уравнение 1+ 3

x

 

 

 

 

 

 

2

= 2x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

3

x

Разделим обе части уравнения на 2 0, тогда получим

 

+

 

 

= 1. Итак,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = B = C = 1 и

1

 

2

 

3

2

1

+

3

= 1 , поэтому существует такой угол α , для

 

 

 

 

+

 

 

 

=

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которого sinα

=

1

 

 

и cosα =

3 , тогда уравнение можно переписать в виде

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

sin x α + cos x α = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнивая это уравнение с основным тригонометрическим тождеством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin2 α + cos2 α = 1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приходим к выводу, что это уравнение (а, следовательно, и исходное уравнение) имеет единственное решение x = 2 .

Пример 61. Решить показательное уравнение 3x + 4 x = 5x .

Уравнение имеет корень x = 2 (теорема Пифагора). Докажем, что этот корень

единственен. Разделим обе части уравнения на

 

x

 

 

3

x

 

 

5

x

4

 

, получим

 

 

 

+ 1 =

 

 

.

 

4

4

42

a f (x)
g(x)

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

 

 

3

x

3

 

 

В левой части стоит функция

f (x) =

 

 

+ 1 с основанием 0 < a =

 

< 1

, т.е. она

4

4

 

 

 

 

 

 

убывает для всех

x R . Справа от знака равенства стоит функция

g(x) =

 

5

x

 

 

 

4

с основанием b =

5

> 1 , которая для тех же значений переменной x

возраста-

4

 

 

 

 

 

 

ет. Графики убывающей и возрастающей показательных функций пересекаются в единственной точке, которой является точка x = 2 .

При решении неравенств надо помнить:

– при основании a > 1 из неравенства a f ( x) > a g( x) ( a f ( x) < a g ( x) ) следует неравенство f (x) > g(x) ( f (x) < g(x)), т.е. знак неравенства для показателей степеней сохраняется.

– при основание 0 < a < 1 , то из неравенства >a (a f (x) < a g(x)) следует неравенство f (x) < g(x) ( f (x) > g(x) ), т.е. знак неравенства для показателей степеней при 0 < a < 1 изменяется на противоположный.

Пример 62. Решить показательное неравенство 23 6 x > 1.

Перепишем неравенство в виде 23 6x > 20. Основание показательной функции

a = 2 > 1,

следовательно, для показателей степени имеем неравенство 36x > 0,

откуда 6x < 3;

x <

1

.

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 63. Решить показательное неравенство 2 x + 2 1x < 3 .

Так как 2 1 x =

2

 

, то введя новую неизвестную 2 x = y > 0 , получим

2 x

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y +

3 < 0 или y2 3y + 2 < 0 ( y > 0 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

По теореме Виета корни этого уравнения равны y1 = 1 и y2 = 2 , т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2 3y + 2 = ( y 1)( y 2) < 0

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

y (1; 2) .

Отсюда имеем двойное неравенство 1 < 2x < 2 . Решим неравенства

2 x > 1

;

2 x

> 20

 

 

 

 

x

> 0

.

 

 

 

 

< 21

 

(a = 2 > 1) ;

< 1

 

 

2 x < 2

 

2 x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. Логарифмическая функция y = loga x

(или y = log a f (x) ( a > 0, a ≠ 1 ))

обладает следующими свойствами:

 

 

1)область определения функции x > 0 ( f (x) > 0) ;

2)если 0 < a < 1 , то функция убывает для всех значений x ( f (x)) из области определения функции;

43

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

3) если a > 1 , то функция возрастает для всех значений x ( f (x)) из области определения функции;

4)

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

5)

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

6) log

b =

1

 

;

 

 

 

 

log a 1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

log a a = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

logb a

 

 

 

 

 

7) log

 

 

 

logc b

;

 

 

 

 

 

 

 

 

8) log

 

a x

= x ;

 

 

 

 

9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

a

b =

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

log

x2n = 2nlog

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

logc a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10) loga x2 n+1 = (2n + 1) loga x ;

 

 

 

11) log

a

m

x =

loga x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12) log

a

m xn =

log

 

a

 

 

 

x

 

;

 

 

 

 

 

13) log

a

n

xn = log

 

a

 

 

 

 

x

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14) log

a

(x y) = log

a

 

x

+ log

a

y

;

 

15) log

a

 

 

 

= log

a

 

x

log

a

y

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16) aloga x = x основное показательно-логарифмическое тождество.

Рассмотрим приёмы решения логарифмических уравнений:

а) использование определения логарифмической функции для решения уравнений loga f (x) = b (потенцирование).

41. Логарифмом числа b по основанию a называется показатель степени c , в которую надо возвести число a , чтобы получить число b ( loga b = c b = ac , a > 0, a 1 ) (логарифмическая функция является обратной функцией к показательной функции).

Пример 64. Решить логарифмическое уравнение log4(2log3(1+ log2(1+ 3log3 x)))= 12 .

Выражение, стоящее под знаком логарифма должно быть строго положительным, поэтому запишем ОДЗ (см. внутренние скобки):

x > 0

 

 

 

 

+ 3 log 3 x >

0

 

 

1

 

.

 

+ log 2 (1 + 3 log 3 x) >

0

1

 

 

 

(1 + 3 log 3

x)) > 0

 

log 3 (1 + log 2

 

Решим исходное уравнение и воспользуемся проверкой, т.е. подставим най-

1

денное решение в исходное уравнение: 2 log3 (1 + log2 (1 + 3log3 x)) = 4 2 . Выраже-

1

 

 

ние, стоящее слева положительно, значит для 4

2

=

4 = ± 2 выбираем ариф-

метическое значение корня (знак “+”):

 

2 log3 (1 + log2 (1 + 3log3 x)) = 2, log3 (1 + log2 (1 + 3log3 x)) = 1, 1 + log2 (1 + 3log3 x) = 31

log2 (1 + 3log3 x) = 2, 1 + 3log3 x = 22 , 3log3 x = 3,

log3 x = 1, x = 3 .

Используя проверку, убеждаемся, что x = 3 является корнем заданного уравнения.

б) использование свойств логарифмов (наиболее часто используют-

ся свойства 7)-15)).

44

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

Пример 65. Решить логарифмическое уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

log3 (x + 1) + log3

(x + 3) log3

 

 

 

x +

 

 

 

 

3

x + 1 > 0 x + 3 > 0

 

 

 

 

 

x > − 1 x > − 3

.

 

Найдём ОДЗ:

 

5

 

 

 

5

 

 

4 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

> 0

x > −

 

 

 

 

 

 

3

4

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

= 1 .

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

5

 

 

 

1

 

 

 

 

 

x (1; ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x + 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя свойства 14) и 15), получим log3 [(x + 1)(x + 3)]

 

log3

 

 

 

= 1;

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+ 4x + 3

2

+ 4x + 3

2

 

x

2

+ 4x + 3

4x 5

 

 

2

 

 

log

3

x

=1;

3

x

 

= 3;

x + 4x + 3

=1;

 

= 0;

x 2

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

4x + 5

 

 

 

 

 

4x + 5

 

4x + 5

 

4x + 5

 

 

 

4x + 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 2 = 0;

x2 = 2; x

= −

2, x

2

= 2 .

Подставляя корни в ОДЗ,

определяем, что

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

корень x1

= −

2 является посторонним.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) использование основного логарифмического тождества (свойст-

во 16).

Пример 66. Решить логарифмическое уравнение log2 (9 2x ) = 5log 5 (3x) .

Найдём ОДЗ:

 

2

x

> 0

;

 

x

< 9

;

x < log

 

9

.

9

 

2

 

 

x < 3

2

 

 

3 x > 0

 

x < 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

log2 9

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x (−∞;3) .

 

 

Применим в правой части уравнения свойство 16) log2 (9 2x ) = 3 x . Проведём

потенцирование 9 2x = 23x ; 9 2x

=

8

; 2x = y > 0;

8

+ y 9 = 0; y2

9y + 8 = 0

. По те-

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

y

 

 

ореме Виета y1 = 1 и y2 = 8 . Решим показательные уравнения

 

 

y = 1

:

2 x = 1;

2 x = 2

0. x

= 0 ОДЗ;

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

y2 = 8

:

2 x = 8;

2 x = 23. x2 = 3 ОДЗ – лишний корень.

 

г) переход к другому основанию (свойство 7)).

Пример 67. Решить логарифмическое уравнение

 

 

 

 

log2 (x 1) + 2 log4 (x + 1) 3log8 (2x + 1) = 1.

Запишем ОДЗ: x 1 > 0 x + 1 > 0

 

x

> 1

 

x > −1

;

 

 

1

.

 

 

 

 

2x + 1 > 0

 

x > −

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1

1

 

1

 

x (1;

).

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

Применим свойство 7) log4

(x +

1) =

log2 (x + 1)

=

 

log2 (x + 1)

=

log2 (x + 1)

=

log2 (x + 1)

;

log2

4

 

 

log2 22

2 log2 2

 

 

 

2

 

 

 

 

log2 (2x +1)

 

log2 (2x +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log8 (2x +1) =

=

. Подставим найденные выражения в исходное

 

 

log2 8

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнение log2 (x 1) + log2 (x + 1) log2 (2x + 1) = 1; log2

(x 1)(x + 1)

 

= 1;

x2 1

= 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x + 1

 

2x + 1

 

 

 

x2 14x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 ; x2

4x 3 = 0 . Решим квадратное уравнение:

D = 16 +12 = 28 > 0 ;

 

2x + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = 2 7 ;

x

= 4 2

 

7 = 2

7 (≈ −0.65)

 

 

 

x = 4 + 2

7 = 2 +

 

7 (4.65)

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

ОДЗ;

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

ОДЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д) замена неизвестной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 68. Решить логарифмическое уравнение lg2 x 3lg x = lg x2 4 .

 

 

 

Для данного уравнения ОДЗ: x > 0 . Используя свойство 9), перепишем lg x2 в

виде 2 lg x , тогда имеем lg2 x 3lg x = 2 lg x 4 ;

 

lg 2 x 5 lg x + 4 = 0 . Введём новую

неизвестную y = lg x , тогда уравнение примет вид y2 5y + 4 = 0. По теореме Виета корни уравнения y1 = 1 и y2 = 4 . Решим логарифмические уравнения

 

 

 

y1 = 1:

lg x = 1;

x1 = 10 ОДЗ;

 

 

 

 

 

y2 = 4 :

lg x = 4;

x2 = 104 ОДЗ.

 

е) однородное логарифмическое уравнение

 

 

 

 

Пример 69. Решить логарифмическое уравнение

 

 

 

 

 

2

x + 10

 

x

 

 

1

 

x

 

2

5 x

2 lg

 

 

 

lg

 

+ 2 lg

 

 

 

= lg

 

 

.

 

5

 

2

 

10

 

 

 

 

5

 

 

 

10

 

 

 

ОДЗ имеет вид:

x + 10 > 0

; x > −10 x (10; 5) . Введём новые неизвестные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 x > 0

x < 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+ 10

 

 

 

 

 

5 x

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x + 10

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= y

и

lg

 

 

= z , тогда с учётом того, что

lg

 

+

2

= lg

 

 

и

 

 

 

 

5

 

 

 

 

5

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x

 

 

5 x

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

2

 

 

2

 

lg

 

 

 

 

 

= lg

 

 

, преобразуем уравнение к виду

2 y

 

y z = z

 

;

2 y

 

y zz

 

= 0;

2

10

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= t , приходим к уравне-

 

 

2

 

 

 

z

2

z

1 = 0 . Вводя ещё одну неизвестную

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нию z2 ( 2 t2 t 1) = 0 , которое эквивалентно совокупности уравнений

 

z = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 0;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t 2 t 1 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 x

 

 

 

5 x

 

 

 

 

 

 

lg

 

 

= 0

 

= 1

5 x = 10

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

10

;

;

Решим первую систему уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 10

 

 

 

x + 10

 

= 1

x + 10

= 5

 

 

 

 

 

 

 

=

0

 

 

 

 

 

lg

5

 

 

 

5

 

 

 

 

 

x = −5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = −5 ОДЗ. В силу того, что решения каждого уравнения совпа-

x = −5

46

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

дают, то

x = −5 является корнем уравнения. Решим второе уравнение сово-

купности

2 t 2 t 1 = 0; D = 1 + 8 = 9; D = 3. t = 13

= − 1

;

t

2

= 1+ 3

= 1. Решим ло-

 

1

4

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

гарифмические уравнения:

 

 

x

+ 10

 

 

 

 

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

t

= − 1 :

 

 

 

 

 

= −

1 ;

 

 

 

 

 

 

1

2

5

x

 

2

 

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 10

 

5

x

x + 10

2

 

5 x

= 0 ;

2 lg

 

 

= − lg

 

;

lg

 

 

+ lg

 

 

 

 

5

10

 

5

 

10

 

 

 

 

 

x + 10 2

 

5 x

 

x2

+ 20x + 100

 

5 x

 

3

 

2

 

= 0 .

lg

 

 

 

 

 

= 0;

 

 

 

 

= 1; x

 

+ 15x

 

250

 

 

 

25

 

10

 

 

 

5

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразуем полученное уравнение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 + 5x2 + 10x2 250 = 0 или x2 (x + 5) + 10(x2 25) = 0 .

 

 

Следовательно,

x2 (x + 5) + 10(x + 5)(x 5) = 0 или

 

(x + 5)(x2 + 10x 50) = 0 .

Получен-

ное уравнение равносильно совокупности уравнений x + 5 = 0

 

 

. Первое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + 10x 50 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнение даёт уже найденный корень x1 = −5 . Решим второе уравнение сово-

купности x2 + 10x 50 = 0; D = 100 + 200 = 300 > 0; D = 10 3 .

t2 = 1:

x = −5

 

 

x2

=

10 10

3

= −5 5

3 = −5 (1 +

 

3 ) < −10 x2 ОДЗ;

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3 = 5 (

3 1 ) < 5 x ОДЗ.

 

 

 

x

= 10 + 10

3 = −5 + 5

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

lg

x + 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

x + 10

 

 

5 x

 

 

x + 10

 

5 x

 

 

 

 

= 1; lg

 

= lg

 

 

=

; 2x + 20 = 5 x; 3x = −15;

 

 

 

 

 

 

 

 

lg

5 x

 

 

5

 

 

 

 

 

5

10

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– ранее найденный корень.

При решении неравенств надо помнить:

– при основании логарифмической функции 0 < a < 1 из неравенства

loga f (x) > loga g(x) следует f (x) < g(x) ,

знак неравенства для подлогарифмических функций меняется на противоположный.

– при основании логарифмической функции a > 1 знак неравенства для подлогарифмических функций не меняется

 

 

 

loga

f (x) > loga g(x) f (x) > g(x) .

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим решение некоторых типичных неравенств.

 

 

 

Пример 69. Решить логарифмическое неравенство log1

(5x 1) > 0 .

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОДЗ: 5x 1 > 0; x >

 

 

x

 

 

; . Так как 0

= log1 1, то log1 (5x 1)

> log1

1 . С учё-

 

 

 

 

5

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

3

 

том того, что основание логарифма a = 13 < 1, то знак неравенства меняется на

47

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

противоположный 5x 1 < 1; 5x < 2;

x <

2

. Накладывая это решение на ОДЗ,

5

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

получим:

x

 

;

 

.

 

 

 

5

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 70. Решить логарифмическое неравенство log2 (x 1) log2 (2 x) > 1.

Определим ОДЗ:

x 1 > 0

x > 1

x (1; 2) . Используя свойства логарифми-

 

x > 0

;

 

2

x < 2

 

ческой функции, перепишем уравнение в виде

 

 

x 1

 

2 , так как ос-

log2

 

 

 

> log2

2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

x 1

 

3x 5

 

 

 

 

3 x

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

нование a = 2>1, то

> 2;

 

2 > 0;

> 0 ;

 

 

 

 

;

< 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< 0

x

 

(x 2)

+

 

2

x

 

2

x

+

(x 2)

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

; 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

Полученное решение полностью содержится в ОДЗ:

x

 

; 2 .

3

 

 

 

В. Рассмотрим прямоугольный треугольник ABC (см. ниже).

42. Стороны AC и CB называются катетами, а сторона AB гипо-

тенузой.

B

α

A C

43.Отношение катета, лежащего против угла α , к гипотенузе называется синусом угла α : sinα = CBAB .

44.Отношение катета, противолежащего против угла α , к гипотенузе называется косинусом угла α : cosα = ACAB .

45.Отношение противолежащего катета к прилежащему к углу катету называется тангенсом угла α : tgα = CBAC .

46.Отношение прилежащего катета к противолежащему к углу катету называется котангенсом угла α : ctgα = CBAC .

Из приведенных определений следует, что

sin α

и

 

cosα

1

 

.

tgα = cosα

ctgα =

 

=

 

 

sinα

tg α

 

 

 

 

 

 

 

 

47. Функция, которая в произведении с синусом равна единице, т.е.

48

Терехов С.В. Индивидуальные домашние задания по высшей математике

является к синусу алгебраически обратной, называется косекансом:

cos ecα = sin1α .

48. Функция, которая в произведении с косинусом равна единице, т. е. является к косинусу алгебраически обратной, называется секан-

сом: secα = 1 . cosα

49. Уравнения (неравенства), в которые входят тригонометрические функции sin α , cosα , tgα , ctgα , secα и cos ecα , называются триго-

нометрическими уравнениями (неравенствами).

При решении тригонометрических уравнений (неравенств) надо знать и помнить следующие сведения:

– значения функций sin α и cosα на интервале [0; 2π ] (остальные функции выражаются через эти функции) приведены в табл. 9.

Таблица 9.

Значения синуса и косинуса на интервале [0; 2π ] .

Значения синуса и косинуса на интервале [ 0; π ]

α

0

π

π

π

π

 

2π

 

3π

 

 

5π

 

 

 

6

 

4

3

 

2

3

 

 

4

 

 

 

6

 

 

sinα

0

 

1

 

2

3

1

3

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

2

 

 

2

 

 

 

2

 

 

cosα

1

3

2

1

 

0

1

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

2

2

2

Значения синуса и косинуса на интервале [π ; 2π ]

α

π

 

7π

 

 

5π

 

 

4π

 

 

3π

 

 

5π

 

 

7π

 

11π

 

 

 

 

6

 

 

 

4

 

 

3

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

6

 

 

sinα

0

 

 

1

 

 

 

2

 

 

3

 

1

 

 

3

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

 

 

2

2

 

 

2

 

cosα

1

3

2

1

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

2

 

 

в табл. 9 приведены значения для положительных углов, а для отрицательных углов используются свойства нечётности sinα :

sin(α ) = − sinα ,

и чётности функции cosα :

cos(α ) = cosα .

Например, при решении простейшего уравнения

π

 

=

2

sin

3

x

2

 

 

 

 

его лучше записать в виде

 

π

=

2

, а затем обе части уравне-

sin x

3

 

2

 

 

 

 

 

ния умножить на (–1). Аналогичное уравнение для косинуса (в силу

49

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]