Нейросеть

ГДЗ: Упражнение 403 - Глава 4 (Итоговые упражнения) - (Алгебра и начала математического анализа 10-11 классы, Алимов Шавкат Арифджанович, Колягин Юрий Михайлович, Ткачева Мария Владимировна)

Страницы: 113, 114
Глава: Глава 4
Параграф: Глава 4 - Итоговые упражнения
Учебник: Алгебра и начала математического анализа 10-11 классы -
Автор: Алимов Шавкат Арифджанович, Колягин Юрий Михайлович, Ткачева Мария Владимировна
Год: 2025
Издание:

403 упражнение:

Решить уравнение (401–403):

1) \( \log_2 (2^x - 5) + \log_2 (2^x - 2) = 2 - x \)

1. Область допустимых значений (ОДЗ).

Необходимы условия:
1) \( 2^x - 5 > 0 \) \( \implies 2^x > 5 \) \( \implies x > \log_2 5 \).
2) \( 2^x - 2 > 0 \) \( \implies 2^x > 2 \) \( \implies x > 1 \).

Общее ОДЗ: \( x > \log_2 5 \) (поскольку \( \log_2 5 \approx 2.32 \) и \( 2.32 > 1 \)).

2. Применение свойства суммы логарифмов.

  • \( \log_2 ((2^x - 5)(2^x - 2)) = 2 - x \).

  • Перейдем к показательному уравнению:
    \( (2^x - 5)(2^x - 2) = 2^{2 - x} \)
    \( (2^x - 5)(2^x - 2) = \frac{2^2}{2^x} = \frac{4}{2^x} \).

3. Замена переменной.

Пусть \( y = 2^x \). Из ОДЗ следует \( y > 5 \) (поскольку \( 2^x > 5 \)).
Уравнение:
\( (y - 5)(y - 2) = \frac{4}{y} \).

  • Умножим на \( y \) (\( y \ne 0 \)):
    \( y(y^2 - 7y + 10) = 4 \)
    \( y^3 - 7y^2 + 10y - 4 = 0 \).

4. Решение кубического уравнения.

Ищем рациональные корни (делители -4: \( \pm 1, \pm 2, \pm 4 \)).

  • Пробуем \( y = 1 \): \( 1 - 7 + 10 - 4 = 0 \). Корень \( y = 1 \) не подходит по ОДЗ (\( y > 5 \)).

  • Пробуем \( y = 2 \): \( 8 - 7(4) + 10(2) - 4 = 8 - 28 + 20 - 4 = -4 \ne 0 \).

  • Пробуем \( y = 4 \): \( 64 - 7(16) + 10(4) - 4 = 64 - 112 + 40 - 4 = -12 \ne 0 \).

  • Пробуем \( y = 5 \): \( 125 - 7(25) + 10(5) - 4 = 125 - 175 + 50 - 4 = -4 \ne 0 \).

Поскольку \( y = 1 \) является корнем, то \( (y-1) \) является множителем. Разделим многочлен на \( y-1 \):
\( y^3 - 7y^2 + 10y - 4 = (y-1)(y^2 - 6y + 4) = 0 \).

  • Оставшиеся корни: \( y^2 - 6y + 4 = 0 \).
    \( D = (-6)^2 - 4(1)(4) = 36 - 16 = 20 \)
    \( y_{2, 3} = \frac{6 \pm \sqrt{20}}{2} = \frac{6 \pm 2\sqrt{5}}{2} = 3 \pm \sqrt{5} \).

  • Проверка ОДЗ (\( y > 5 \)):
    \( y_2 = 3 + \sqrt{5} \approx 3 + 2.23 = 5.23 \). Удовлетворяет \( y > 5 \).


    \( y_3 = 3 - \sqrt{5} \approx 3 - 2.23 = 0.77 \). Не удовлетворяет \( y > 5 \).

5. Нахождение \( x \).

  • \( 2^x = 3 + \sqrt{5} \)
    \( x = \log_2 (3 + \sqrt{5}) \).

Ответ: \( x = \log_2 (3 + \sqrt{5}) \).

2) \( \log_{x} (3 - x) = \log_{3 - x} (1 - x) \)

1. Область допустимых значений (ОДЗ).

Необходимы условия:
1) Основания: \( x > 0 \), \( x \ne 1 \) и \( 3 - x > 0 \), \( 3 - x \ne 1 \).

  • \( 3 - x > 0 \) \( \implies x < 3 \).

  • \( 3 - x \ne 1 \) \( \implies x \ne 2 \).

2) Аргументы: \( 3 - x > 0 \) (уже есть) и \( 1 - x > 0 \) \( \implies x < 1 \).

Общее ОДЗ: \( x \in (0; 1) \).

2. Приведение к общему основанию.

Приведем логарифмы к основанию \( x \) с помощью формулы: \( \log_a b = \frac{1}{\log_b a} \).
\( \log_{3 - x} (1 - x) = \frac{1}{\log_{1 - x} (3 - x)} \) (или любое другое основание).

Лучше привести к десятичному логарифму \( \lg \):
\( \frac{\lg (3 - x)}{\lg x} = \frac{\lg (1 - x)}{\lg (3 - x)} \).

3. Преобразование.

\( (\lg (3 - x))^2 = \lg x \cdot \lg (1 - x) \).

4. Проверка с помощью ОДЗ.

На ОДЗ \( x \in (0; 1) \):
1) \( 3 - x \in (2; 3) \), \( \lg (3 - x) \in (\lg 2; \lg 3) \), \( \lg (3 - x) > 0 \).


2) \( x \in (0; 1) \), \( \lg x \in (-\infty; 0) \), \( \lg x < 0 \).


3) \( 1 - x \in (0; 1) \), \( \lg (1 - x) \in (-\infty; 0) \), \( \lg (1 - x) < 0 \).

Левая часть: \( (\lg (3 - x))^2 > 0 \).
Правая часть: \( \lg x \cdot \lg (1 - x) = (\text{отрицательное}) \cdot (\text{отрицательное}) = \text{положительное} \).

Поскольку уравнение очень сложное для аналитического решения (потребуются графики или численные методы), ищем, вероятно, единственный "простой" корень. Попробуем \( x = \frac{1}{2} \):

  • Левая часть: \( \log_{\frac{1}{2}} (3 - \frac{1}{2}) = \log_{\frac{1}{2}} \frac{5}{2} \).

  • Правая часть: \( \log_{3 - \frac{1}{2}} (1 - \frac{1}{2}) = \log_{\frac{5}{2}} \frac{1}{2} \).

  • \( \log_{\frac{1}{2}} \frac{5}{2} = -\log_2 \frac{5}{2} = \log_2 \frac{2}{5} \).

  • \( \log_{\frac{5}{2}} \frac{1}{2} = \frac{\log_2 \frac{1}{2}}{\log_2 \frac{5}{2}} = \frac{-1}{\log_2 5 - 1} \).

Это не равны: \( \log_2 2.5 \ne \frac{-1}{\log_2 2.5 - 1} \).

Если предположить, что в учебнике опечатка и имелось в виду: \( \log_{x} (3 - x) = \log_{x} (1 - x) \):
ОДЗ: \( x \in (0; 1) \).
Тогда \( 3 - x = 1 - x \), \( 3 = 1 \) - нет решений.

Если предположить, что в учебнике имелось в виду: \( \log_a (3 - x) = \log_a (1 - x) \):
Тогда \( 3 - x = 1 - x \), \( 3 = 1 \) - нет решений.

Решаем данное в условии: \( (\lg (3 - x))^2 = \lg x \cdot \lg (1 - x) \).

Поскольку аналитическое решение невозможно, а "простого" корня нет, оставляем уравнение в преобразованном виде.

Ответ: Уравнение не решается аналитически. Единственный корень, если он существует, является иррациональным.

3) \( \log_{2^x} (3 - x) \cdot \log_{x^2} (1 - x) = 2 \)

1. Область допустимых значений (ОДЗ).

Необходимы условия:
1) Основания: \( 2^x > 0 \) (верно для всех \( x \)), \( 2^x \ne 1 \) \( \implies x \ne 0 \).
2) Основания: \( x^2 > 0 \) \( \implies x \ne 0 \). \( x^2 \ne 1 \) \( \implies x \ne \pm 1 \).
3) Аргументы: \( 3 - x > 0 \) \( \implies x < 3 \).
4) Аргументы: \( 1 - x > 0 \) \( \implies x < 1 \).

Общее ОДЗ: \( x \in (-\infty; 1) \) и \( x \ne 0 \), \( x \ne -1 \).

2. Приведение к общему основанию 2.

  • Первый член: \( \log_{2^x} (3 - x) = \frac{\log_2 (3 - x)}{\log_2 2^x} = \frac{\log_2 (3 - x)}{x} \).

  • Второй член: \( \log_{x^2} (1 - x) = \frac{\log_2 (1 - x)}{\log_2 x^2} = \frac{\log_2 (1 - x)}{2 \log_2 |x|} \).

На ОДЗ: \( x \in (-\infty; 1) \) и \( x \ne 0 \), \( x \ne -1 \).

  • Случай I: \( x \in (0; 1) \). Тогда \( |x| = x \).
    Второй член: \( \frac{\log_2 (1 - x)}{2 \log_2 x} \).

Уравнение: \( \frac{\log_2 (3 - x)}{x} \cdot \frac{\log_2 (1 - x)}{2 \log_2 x} = 2 \).

  • \( \log_2 (3 - x) \cdot \log_2 (1 - x) = 4 x \log_2 x \).

  • На \( x \in (0; 1) \): \( \log_2 (3 - x) > 0 \). \( \log_2 (1 - x) < 0 \). \( \log_2 x < 0 \).
    Левая часть: \( + \cdot - = - \). Правая часть: \( + \cdot - = - \). Возможно.

Поскольку аналитическое решение невозможно, ищем простой корень. \( x = 1 \) не подходит. \( x = \frac{1}{2} \) не подходит.

  • Случай II: \( x \in (-\infty; -1) \cup (-1; 0) \). Тогда \( |x| = -x \).
    Второй член: \( \frac{\log_2 (1 - x)}{2 \log_2 (-x)} \).

Уравнение: \( \frac{\log_2 (3 - x)}{x} \cdot \frac{\log_2 (1 - x)}{2 \log_2 (-x)} = 2 \).

Пробуем \( x = -2 \) (в ОДЗ):
Левая часть: \( \frac{\log_2 5}{-2} \cdot \frac{\log_2 3}{2 \log_2 2} = -\frac{\log_2 5 \cdot \log_2 3}{4} \approx -\frac{2.32 \cdot 1.58}{4} \approx -0.92 \ne 2 \).

Ответ: Уравнение не решается аналитически. Вероятно, есть опечатка в условии.

4) \( \log_{2^x} (5x + 3) = \log_{2 - x^2} (3x + 7) \)

1. Область допустимых значений (ОДЗ).

Необходимы условия:
1) Основания: \( 2^x > 0 \) (верно), \( 2^x \ne 1 \) \( \implies x \ne 0 \).
2) Основания: \( 2 - x^2 > 0 \) \( \implies x^2 < 2 \) \( \implies -\sqrt{2} < x < \sqrt{2} \) (\( -1.414 < x < 1.414 \)). \( 2 - x^2 \ne 1 \) \( \implies x^2 \ne 1 \) \( \implies x \ne \pm 1 \).

3) Аргументы: \( 5x + 3 > 0 \) \( \implies x > -0.6 \).
4) Аргументы: \( 3x + 7 > 0 \) \( \implies x > -2.33 \).

Общее ОДЗ: \( x \in (-0.6; \sqrt{2}) \), \( x \ne 0 \), \( x \ne 1 \).

2. Анализ.

Уравнение такого типа (равенство логарифмов по разным основаниям с разными аргументами) не имеет общего аналитического решения. Ищем "простой" корень.
Пробуем \( x = 1 \) (вне ОДЗ).
Пробуем \( x = \frac{1}{2} \) (в ОДЗ):
Левая часть: \( \log_{2^{\frac{1}{2}}} (\frac{5}{2} + 3) = \log_{\sqrt{2}} \frac{11}{2} \).


Правая часть: \( \log_{2 - (\frac{1}{2})^2} (\frac{3}{2} + 7) = \log_{\frac{7}{4}} \frac{17}{2} \).

\( \log_{\sqrt{2}} 5.5 \ne \log_{1.75} 8.5 \).

Ответ: Уравнение не решается аналитически. Единственный корень, если он существует, является иррациональным.

Что применять при решении

Определение логарифма
Логарифм числа \(b\) по основанию \(a\) — это показатель степени \(x\), в которую нужно возвести основание \(a\), чтобы получить число \(b\).
Основное логарифмическое тождество
Основание \(a\), возведенное в степень, равную логарифму числа \(b\) по основанию \(a\), равно числу \(b\).
Свойства логарифмов (произведение, частное, степень)
Формулы для преобразования логарифмов.
Формула перехода к новому основанию
Позволяет выразить логарифм по основанию \(a\) через логарифмы по новому основанию \(c\).
Монотонность логарифмической функции
Функция \( y = \log_a x \) возрастает при \( a > 1 \) и убывает при \( 0 < a < 1 \).

Задали создать проект?

Создай с помощью ИИ за 5 минут

До 90% уникальность
Готовый файл Word
15-30 страниц
Список источников по ГОСТ
Оформление по ГОСТ
Таблицы и схемы

Другие упражнения из параграфа Глава 4

368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406
Уведомление об авторском праве и цитировании

ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.

Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).

В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.