11 класс. Алгебра. Показательная и логарифмическая функции. Логарифмические уравнения и неравенства.

Решение логарифмических уравнений.

НАЗАД ДАЛЬШЕ

Решение логарифмических уравнений.

Комментарии преподавателя

1. Напоминание основных теоретических фактов

Ключом к решению логарифмических уравнений являются свойства логарифмической функции, т. е. функции вида ().

Вспомним основные свойства логарифмической функции.

Рис. 1. График логарифмической функции при различных основаниях

Функция монотонна на всей своей области определения. При монотонно возрастает, при монотонно убывает. Именно монотонность функции позволяет решать простейшие логарифмические уравнения, все остальные логарифмические уравнения сводятся к простейшим:

ОДЗ заданного уравнения определяется системой. Под логарифмом может стоять только положительное число, имеем:

Мы выяснили, что функции f и g равны, поэтому достаточно выбрать одно любое неравенство чтобы соблюсти ОДЗ.

Имеем смешанную систему. Неравенство, как правило, решать необязательно, достаточно решить уравнение и найденные корни подставить в неравенство, таким образом выполнить проверку.

Напомним методику решения простейших логарифмических уравнений:

Уравнять основания логарифмов;

Приравнять подлогарифмические функции;

Выполнить проверку.

Чтобы уравнять основания, следует воспользоваться свойствами логарифмов.

Повторим известные нам свойства логарифмов. Здесь :

1. Логарифм произведения:

(произведение может быть положительным если оба отрицательные числа, но исходя из правой части строго положительны)

2. Логарифм частного:

3. Логарифм степени:

4. Переход к новому основанию:

2. Решение простейших логарифмических уравнений

Пример 1 – решить уравнение:

Представим правую часть в виде логарифма с тем же основанием:

Таким образом, мы уравняли основания логарифмов. Имеем:

Теперь имеем право приравнять подлогарифмические выражения:

Ответ:

Данное уравнение можно также решить на основании определения логарифма:

Пример 2 – решить уравнение:

Решим на основании определения логарифма:

Учтем ОДЗ:

Поскольку (как основание логаримфа), больше нуля, и выражение под логарифмом всегда больше нуля.

Решаем уравнение. Перенесем все слагаемые в одну сторону:

Разложим многочлен в левой части на множители способом группировки, первый член объединим со вторым, третий с четвертым:

Применим ко второй скобке формулу сокращенного умножения, а именно разности квадратов:

Получаем корни:

Учитывая ОДЗ, получаем ответ:

Рассмотрим уравнение, на примере которого в дальнейшем сможем избежать многочисленных типовых ошибок.

Пример 3 – решить уравнение:

Основания всех логарифмов одинаковы, в левой части стоит сумма логарифмов, согласно свойству имеем право преобразовать ее в логарифм произведения:

Необходимо учесть ОДЗ. Чтобы существовал каждый из заданных логарифмов, скобки , и должны быть строго положительны, тогда как после применения свойства произведение будет положительным, если обе скобки будут отрицательны, и новый логарифм будет существовать, но при этом исходный потеряет смысл.

Таким образом, имеем систему:

Учитывая ОДЗ, получаем ответ: .

3. Решение уравнения с помощью замены переменных

Следующее логарифмическое уравнение сводится к совокупности двух простейших с помощью замены переменных.

Пример 4 – решить уравнение:

Преобразуем так, чтобы уравнять основания логарифмов:

Комментарий: преобразовано согласно формуле

В результате преобразований получили:

Очевидна замена:

Получаем квадратное уравнение:

Согласно теореме Виета имеем корни:

Вернемся к исходным переменным:

Решаем каждое уравнение согласно определению логарифма:

Ответ: или

Итак, мы рассмотрели решение некоторых типовых логарифмических уравнений.

Часть вторая. 1. Важные опорные факты

Ключом к решению логарифмических уравнений являются свойства логарифмической функции, т. е. функции вида (). Здесь t – независимая переменная, а= конкретное число, у – зависимая переменная, функция.

Вспомним основные свойства логарифмической функции.

Рис. 1. График логарифмической функции при различных основаниях

Функция монотонна на всей своей области определения. При монотонно возрастает (когда аргумент возрастает от нуля до плюс бесконечности, функция возрастает от минус до плюс бесконечности). При монотонно убывает (когда аргумент возрастает от нуля до плюс бесконечности, функция убывает от плюс до минус бесконечности). Именно монотонность функции позволяет решать простейшие логарифмические уравнения (т. к. из равенства логарифмов по одному основанию вытекает равенство подлогарифмических выражений ), все остальные логарифмические уравнение сводятся к простейшим:

ОДЗ заданного уравнения определяется системой. Под логарифмом может стоять только положительное число, имеем:

Мы выяснили, что функции f и g равны, поэтому достаточно выбрать одно любое неравенство, чтобы соблюсти ОДЗ.

Имеем смешанную систему. Неравенство, как правило, решать необязательно, достаточно решить уравнение и найденные корни подставить в неравенство, таким образом выполнить проверку.

Напомним методику решения простейших логарифмических уравнений:

Уравнять основания логарифмов;

Приравнять подлогарифмические функции;

Выполнить проверку.

2. Решение примера

Перейдем к решению примеров.

Пример 1 – решить уравнение:

Отметим ОДЗ: (т. к. х стоит под логарифмом и в основании логарифма)

Нам известно следующее свойство логарифма:

Получаем:

Приведем подобные:

Сократим численный множитель

Преобразуем согласно определению логарифма:

Пример 2 – решить показательное уравнение:

Способ 1 (по определению логарифма):

Способ 2 (прологарифмировать обе части):

Рекомендация – если неизвестное находится в показателе, то часто применяется такой способ решения. Но нужно обратить внимание на вопрос – можно ли в данном случае логарифмировать? В заданном примере и левая, и правая части строго положительны, поэтому имеем право записать: