Логарифмическим уравнениям и неравенствам в вариантах ЕГЭ по математике посвящена задача C3. Научиться решать задания C3 из ЕГЭ по математике должен каждый ученик, если он хочет сдать предстоящий экзамен на «хорошо» или «отлично». В данной статье представлен краткий обзор часто встречающихся логарифмических уравнений и неравенств, а также основных методов их решения.
Итак, разберем сегодня несколько примеров логарифмических уравнений и неравенств, которые предлагались учащимся в вариантах ЕГЭ по математике прошлых лет. Но начнет с краткого изложение основных теоретических моментов, которые нам понадобятся для их решения.
Функцию вида
называют логарифмической функцией.
Основные свойства логарифмической функции y = loga x:
a > 1 | 0 < a < 1 | |
Область определения | D(f) = (0; +∞) | D(f) = (0; +∞) |
Область значений | E(f) = (-∞; +∞) | E(f) = (-∞; +∞) |
Монотонность | Возрастает на (0; +∞) | Убывает на (0; +∞) |
Непрерывность | Непрерывная | Непрерывная |
Выпуклость | Выпукла вверх | Выпукла вниз |
Графиком логарифмической функции является логарифмическая кривая:
• Логарифм произведения двух положительных чисел равен сумме логарифмов этих чисел:
• Логарифм частного двух положительных чисел равен разности логарифмов этих чисел:
• Если a и b — положительные числа, причем a ≠ 1, то для любого числа r справедливо равенство:
• Равенство log a t = log a s, где a > 0, a ≠ 1, t > 0, s > 0, справедливо тогда и только тогда, когда t = s.
• Если a, b, c — положительные числа, причем a и c отличны от единицы, то имеет место равенство (формула перехода к новому основанию логарифма):
Теорема 1. Если f(x) > 0 и g(x) > 0, то логарифмическое уравнение log a f(x) = log a g(x) (где a > 0, a ≠ 1) равносильно уравнению f(x) = g(x).
Пример 1. Решите уравнение:
Решение. В область допустимых значений входят только те x, при которых выражение, находящееся под знаком логарифма, больше нуля. Эти значения определяются следующей системой неравенств:
С учетом того, что
получаем промежуток, определяющий область допустимых значений данного логарифмического уравнения:
На основании теоремы 1, все условия которой здесь выполнены, переходим к следующему равносильному квадратичному уравнению:
В область допустимых значений входит только первый корень.
Ответ: x = 7.
Пример 2. Решите уравнение:
Решение. Область допустимых значений уравнения определяется системой неравенств:
Очевидно, что эти два условия противоречат друг другу. То есть нет ни одного такого значения x, при котором одновременно выполнялись бы оба неравенства. Область допустимых значений уравнения является пустым множеством, а значит решений у данного логарифмического уравнения нет.
Ответ: корней нет.
Обратите внимание, что в этом задании нам вообще не пришлось искать корни уравнения. Достаточно оказалось определить, что его область допустимых значений не содержит ни одного действительно числа. Это одно из преимуществ такой последовательности решения логарифмических уравнений и неравенств (начинать с определения области допустимых значений уравнения, а затем решать его путем равносильных преобразований).
Примет 3. Решите уравнение:
Решение. Область допустимых значений уравнения определяется здесь легко: x > 0.
Используем подстановку:
Уравнение принимает вид:
Обратная подстановка:
Оба ответа входят в область допустимых значений уравнения, поскольку являются положительными числами.
Пример 4. Решите уравнение:
Решение. Вновь начнем решение с определения области допустимых значений уравнения. Она определяется следующей системой неравенств:
Воспользовавшись правилом сложения логарифмов, переходим к равносильному в области допустимых значений уравнению:
Основания логарифмов одинаковы, поэтому в области допустимых значений можно перейти к следующему квадратному уравнению:
Первый корень не входит в область допустимых значений уравнения, второй — входит.
Ответ: x = -1.
Пример 5. Решите уравнение:
Решение. Будем искать решения в промежутке x > 0, x≠1. Преобразуем уравнение к равносильному:
Оба ответа входят в область допустимых значений уравнения.
Пример 6. Решите уравнение:
Решение. Система неравенств, определяющая область допустимых значений уравнения, имеет на этот раз вид:
Используя свойства логарифма, преобразуем уравнение к равносильному в области допустимых значений уравнению:
Используя формулу перехода к новому основанию логарифма, получаем:
В область допустимых значений входит только один ответ: x = 4.
Перейдем теперь к логарифмическим неравенствам. Это как раз то, с чем вам придется иметь дело на ЕГЭ по математике. Для решения дальнейших примеров нам потребуется следующая теорема:
Теорема 2. Если f(x) > 0 и g(x) > 0, то:
при a > 1 логарифмическое неравенство log a f(x) > log a g(x) равносильно неравенству того же смысла: f(x) > g(x);
при 0 < a < 1 логарифмическое неравенство log a f(x) > log a g(x) равносильно неравенству противоположного смысла: f(x) < g(x).
Пример 7. Решите неравенство:
Решение. Начнем с определения области допустимых значений неравенства. Выражение, стоящее под знаком логарифмической функции, должно принимать только положительные значения. Это значит, что искомая область допустимых значений определяется следующей системой неравенств:
Так как в основании логарифма стоит число, меньшее единицы, соответствующая логарифмическая функция будет убывающей, а потому равносильным по теореме 2 будет переход к следующему квадратичному неравенству:
Окончательно, с учетом области допустимых значений получаем ответ:
Пример 8. Решите неравенство:
Решение. Вновь начнем с определения области допустимых значений:
На множестве допустимых значений неравенства проводим равносильные преобразования:
После сокращения и перехода к равносильному по теореме 2 неравенству получаем:
С учетом области допустимых значений получаем окончательный ответ:
Пример 9. Решите логарифмическое неравенство:
Решение. Область допустимых значений неравенства определяется следующей системой:
Видно, что в области допустимых значений выражение, стоящее в основании логарифма, всегда больше единицы, а потому равносильным по теореме 2 будет переход к следующему неравенству:
С учетом области допустимых значений получаем окончательный ответ:
Пример 10. Решите неравенство:
Решение.
Область допустимых значений неравенства определяется системой неравенств:
I способ. Воспользуемся формулой перехода к новому основанию логарифма и перейдем к равносильному в области допустимых значений неравенству:
Неравенство будет равносильно двум системам. Первой:
И второй:
Итак, окончательный ответ:
II способ. Решаем методом интервалов. Преобразуем неравенство к виду:
Вычтем из знаменателя Это ничего не изменит, поскольку
С учетом того, что выражения и — одного знака при в области допустимых значений имеет место следующий равносильный переход:
Итак, а с учетом области допустимых значений получаем тот же результат:
Итак, что нужно для того, чтобы решать логарифмические уравнения и неравенства?
Главное же требование — это настойчивость в достижении своей цели. Учитесь, тренируйтесь, если нужно — ежедневно, изучайте и запоминайте на примерах основные способы решения неравенств и их систем, анализируйте возникающие ошибки и не допускайте их в будущем. За помощью в этом нелегком деле вы можете обратиться к своему школьному учителю по математике, репетитору, родителям, друзьям и знакомым, книгам, а также огромному количеству материалов, доступных на просторах Интернета. Желаю вам успехов в подготовке к Единому государственному экзамену по математике.
Репетитор по математике в Москве
Сергей Валерьевич
Подскажите пожалуйста, возникла загвоздка в 4 ом примере , а именно какими преобразованиями вы воспользовались при переходе от логарифма по основанию 0.4 к квадратному уравнению?
Подскажите пожалуйста, откуда в 8 ом примере , в преобразованном выражении, под логарифмом в числителе дроби выражения (x-3) 12 ая степень появилась?
подскажите ,пожалуйста, в 10примере..можно без перехода к новому основанию решить неравенство?
Спасибо, я всё поняла)
скажите название сайта где можно решать варианты по логарифмам
здравствуйте) Подскажите пожалуйста. Во второй задаче. -х^2+4х+5>0
х получается от минус бесконечно до -1 и от 5 до плюс бесконечности. в чём моя ошибка?
всё)) разобрался)
Помогите пожалуйста. Не понимаю пример 5(
x^(4/log_3 х )
аа точно)) спасибо)
ответ в 7 примере. почему там от 1 до корня из 10, а не от 2 до корня из 10?
Пример 8. не подскажете как это получилось: log _9 [(x-9)^11(x-3)^11] ?
ясно)) спасибо)
Здравствуйте! Спасибо за столь подробно и ясно изложенную информацию. Есть только один вопрос — почему графики логарифмических кривых подписаны не как логарифмическая (y=log_a(x)), а как степенная (y=a^x) функция?
свойство последнее с ошибкой. в числителе b в знаменателе a
почему в 7 примере в ответе корень из 10 и минус корень из 10 не входят( неравенство нестрогое ведь)
в 9 примере одз неверное. корни в в 3 -ем нер-ве системы : -2 и -1 и 0.
(x-2)^x2-6x+8>1 помогите решить!!!
ни че не поняла
а есть ещё сайты ?
Хочу сказать большое спасибо за материал.
Достаточно подробно расписаны примеры, полученные знания тут же закрепляются на практике. Было очень интересно читать и самой прорешивать примеры, чтобы потом, в случае несоответствия, сразу же находить ошибки.
Спасибо за труд!
Надеюсь что поможет)
Не понимаю, что происходит дальше в 8 примере после слов «после сокращение и перехода к равносильному по теореме…»!;(
Помогите разобраться, что откуда появилось.
Очень хороший сайт. Буду потихонечку готовиться к сессии
Здравствуйте! Пожалуйста, помогите решить:
1/log_x 4+1/log_x^1/2 4+1/log_x^1/3 4= 11
Простите за наглость, но не могли бы Вы помочь мне. Я уже просто не могу. Весь день над этим неравенством сижу+эта ночь.
Вот неравенство: (1-((корень)(1-(8log2(x))^2))/(2log2(x))<1
Всё ок. Я решил.