Методическая разработка «Методы решения показательных и логарифмических уравнений » для организации уроков повторения и подготовки к ЕГЭ в 11 классе Глава 1. При подготовке и сдаче ЕГЭ по математике возникает необходимость систематизации знаний учащихся. Показательные и логарифмические уравнения входят единый и государственный экзамен, причем с решением логарифмических уравнений учащиеся справляются хуже, чем с решением показательных. Цель этой работы повторить и систематизировать знания , умения и навыки учащихся при решении показательных и логарифмических уравнений. Показательные уравнения Простейшее показательное уравнение- уравнение вида à x b, a 0, a 1 , т.е. уравнение, в которых переменная содержится в показателе степени некоторого числа или алгебраического выражения. Основными методами решения показательных уравнений являются методы группировки, разложения на множители и замены переменной. Простейшее показательное уравнение при b 1 не имеет корней и имеет единственный корень x = log a b при b>0, если b является степенью числа а, т.е. b= a c ,то уравнение (1) имеет единственный корень х=с . Уравнение вида a f ( x ) a g ( x ) , a>0,a 1 равносильно уравнению f(х)=g(x) Уравнение вида a f ( x ) b g ( x ) , a>0,a 1,b>0, равносильно каждому из уравнений a f ( x ) a g ( x ) log b , f(х)=g(x) log a b . a Уравнения, непосредственно сводимые к простейшим 1 Пример 1. Решить уравнение. 32 1 Решение. 32 0.1 õ1 16, 25 0,1 õ1 0,1 x1 16 . 24 , 0,5 õ 5 4, 0,5 õ 1, õ 2 Ответ:2. 6x 315 Пример 2.Решить уравнение 15 122 x . 2 6 õ2 15 2 2 6 3 Решение. 15 122 õ ;6 õ *6122 õ 215 *315 ;6 õ 122 õ 615 ; 2 6 2 2 õ 12 2 õ 15; õ 12 õ 3 0; õ1 3; õ2 9 . Ответ:3;9. 2 Пример 3.Решить уравнение 27 x 1 9x1 32 x 1 ;33 x 1 Решение. 27 x 1 9 x 1 ;33 x 1 3 ;3 x 1 2 3 x 1 3x 1 ;3 x 1 x 1 ; 9( x 1) x 2 2 x 1; x 2 7 x 10 0; x1 2; x2 5; x 1 0; 2 1 0âåðí î ;5 1 0âåðí î Ответ:2;5. 2 Вынесение общего множителя за скобки Этот метод применяют при решении уравнений вида ð * à f x q * a f x b r 0 и сводимых к ним. После вынесения общего множителя за скобки приходим к уравнению a f x p q * ab r 0 , откуда a f x r p q * ab Пример 4.Решить уравнение. 4 x 1 22 x 2 60 . Решение. 4 x 1 22 x 2 60; 4 x 1 4 x 1 60; 4 x 1 42 1 60; 4 x 1 4; x 1 1; x 2 . Ответ:2. Группировка и разложение на множители Основная идея решения задач этого типа отражена в названии: после группировки и вынесения общих множителей обычно удается привести к виду f x * g x 0 , а последнее уравнение- к одному или двум простейшим показательным уравнениям. Пример 5. Решить уравнение: x *2x 3 3*2 x x; Решение. Перенесем выражение из правой части уравнения в левую и сгруппируем слагаемые: x * 2 x 3* 2 x x 3 0 . Вынесем за скобку общий множитель: 2x x 3 x 3 0 ; x 3 2 x 1 0 , откуда х-3=0 или 2 x -1=0, значит х=3 или х=0. Ответ: 0;3. Пример 6. Решить уравнение: x *3 x 3x 3 x x *3 x 0 . Решение. x *3 x 3x 3 x x *3 x 0 x 3 x 3 x 3 x 3 0; x 0, x 0, x 0, x x x 1, x 1, x 3 3 x x 0 3 3 0, 3 3, x 0. x 0, x x 0 x x x 1 Ответ:0;1. Замена переменной Большинство показательных уравнений, в которых используется замена переменной, сводится после этой замены к квадратному уравнению. Найдя корни квадратного уравнения и выполнив обратную замену, получаем одно или два простейших показательных уравнения. Уравнение a * l 2 x b * l x c 0 сводится к квадратному уравнению заменой t l x , t >0. 3 Для решения однородного уравнения вида p * a 2 x q * ab r * b 2 x 0 нужно обе его части разделить на b 2 x ( по свойству показательной функции b 2 x 0 ни при каких х ). После деления получим уравнение x 2x x x a a a p * q * r 0 , которое заменой t , t >0, сводится к квадратному b b b уравнению относительно y. Пример 7. Решить уравнение: 4 3 x x 1 2 3 x 1 2 22 x 1 ; 1 2 Решение: Пусть x t , тогда уравнение примет вид 2* 4t 3t 3*3t 4t t 3 4 4 2* 4 3 3*3 4 3* 4 4*3 t 1 x . 2 3 3 t t t t t t Ответ: 1,5. 1 x 1 x Пример 8. Решить уравнение: 3*4 2*9 5*6 1 x (1). t t 1 Решение: Пусть t , тогда уравнение примет вид 3*4t 2*9 5*6 x t (2); разделив обе части уравнения на 9 , получим уравнение 2x 2 2 3* 2 5* 3 3 t t 2 (3), равносильное уравнению(2). Обозначим =у, 3 2 3 получим уравнение 3у²-5у+2=0, откуда y1 1, y2 , уравнение (3) t t 2 2 2 равносильно совокупности уравнений =1, = , откуда t1 0, t2 1. 3 3 3 1 =0. Это уравнение не имеет корней. x 1 Если t=1, то - =1, откуда х=-1. x Если t=0, то - Ответ: -1. Пример 9. 210 x 8 x23 25 x 4 x12 3 0 . 2 2 Решение: 210 x 8 x23 25 x 4 x12 3 0 22 2 5 x2 4 x 121 2 25 x 2 4 x 12 3 0 ; 25 x 2 4 x 12 =t, t>0, E a m 0; D=1+4*2*3=25, 3 1 25 3 ; t1 ; t2 1 ; не удовлетворяет условию 2 4 2 2 D 4 60 64 ; x1 0, 6; x2 2 . 25 x 4 x12 =1; 5х²-4ч-12=0, 4 2t 2 t 3 0 ; t1;2 t>0. Ответ: -0,6;2. Пример 10. Найти произведение корней уравнения 2(log x ) 5 6*5( log x ) 5 0 . Пусть 5(log x ) =t , получим t²-6t+5=0, t1 1; t2 5 , исходное уравнение равносильно совокупности уравнений 5(log x ) =1 или 5(log x ) =5, 2 3 3 2 3 2 3 2 3 4 (log 3 x) 2 0 (log 3 x) 2 1 1 x1 ; x2 3 3 x3 1 1 3 Произведение корней равно 1* *3=1. Ответ: 1. Пример 11. Решить уравнение: 3 3 8 x 3 3 8 6. x Решение. Воспользуемся равенством 3 8 3 8 1 и заменим 3 x 3 8 =t. 1 t Получим уравнение t 6 или t 2 6t 1 0 , откуда t1 3 8; t2 3 8 . Данное уравнение равносильно совокупности уравнений 3 3 8 3 8 3 x 3 3 8 3 x 8 (1), 8 (2) Из (1) уравнения x1 3 , из (2)- учитывая 1 .получим x2 3 . 3 8 Ответ:-3;3. Пример 12. Решить уравнение: 4 x 6*9 x 5*6 x . Решение. 9 x 0 при любом х Разделим обе части уравнения на 9 x 0 , получим 2x x 2 2 5 6 0 , равносильное данному уравнению. Пусть 3 3 x 2 t ,t 0; 3 t 2 5t 6 0 имеет два корня t1 2, t2 3 , выполнив обратную замену, x x 2 2 получим 2, x log 2 2 или 3, x log 2 3 . 3 3 3 3 Ответ: log 2 2;log 2 3 . 3 3 Применение свойств функций Пример13. Решить уравнение: 4 x 5x 41 . Решение. Число х=2 является корнем уравнения. Докажем, что уравнение не имеет других корней. Функция f(x)= 4 x 5 x является возрастающей. Поэтому f(x)< f(2)=41 при х<2 и f(x)>f(2) при х>2, т.е. функция f(x) не принимает значение, равное 41, при х 2. Это означает. Что х=2 –единственный корень уравнения. Ответ: 2. 5 Пример 14. Решить уравнение: 5* x log 2 2log x 24 . Решение. Заметим, что xlog 2 2log x (*) Равенство является верным при всех х>0, так как логарифмы по основанию 3 его левой и правой частей совпадают. Используя равенство (*) получим 5* 2log x 2log x 24 6* 2log x 24 2log x 4 log 3 x 2 x 9 . Ответ:9. 3 3 3 3 3 3 3 3 Пример 15. Решить уравнение: 4 x 5x 9 x . Решение. Число х=1 является корнем уравнения. Докажем, что уравнение не имеет других корней. Разделим обе части уравнения на x x 4 5 9 x :Получим 1 9 9 Функция f(x)= 4 x 5 x является монотонно убывающей( как сумма двух монотонно убывающих функций), поэтому каждое свое значение она принимает только один раз. Так как f(1)=1, то х=1 x x 4 5 –единственный корень уравнения 1 , а значит и данного 9 9 уравнения. Ответ:1. Пример 16. Решить уравнение: 2 x 1 x 2. 2 Решение. Так как x 2 1 1 , значит 2x 1 2 , а |x | 0 при всех значениях переменной. Получим, что левая часть уравнения не меньше 2. Знак равенства возможен. Только, если каждое слагаемое левой части принимает 2 2 x 1 2, x 0. свое наименьшее значение. откуда x 0 2 Ответ:0. Пример 17. Решить уравнение: 4log Решение. 4 log 4 2 x 1 4 2 x 1 x 2 3x 5 1 x , 1 2 x 1 0, 2 x , 2 x 3x 5 x 2. 2 2 x 3, 2 x 1 x 3x 5 x2 x 6 0 x 2 Ответ: 2. Глава 2 Логарифмические уравнения Простейшее логарифмическое уравнение- уравнение вида log a x b, где a>0, a 1, b имеет единственный корень x a b . Методы решения - равносильные преобразования, переход к уравнению-следствию, разложение на множители, замена переменной, применение свойств функций. Решение большинства логарифмических уравнений после преобразований сводится к решению логарифмических 6 уравнения вида f x g x , f x g x , log a f x log a g x èëè ; f x 0 g x 0 f x (h x )b , ; log a f x b f x ab . . log h x f x b h x 0, h x 1 Пример 1. Укажите наибольший корень уравнения log 5 x2 7 x 35 2. Решение. По определению логарифма получаем x 12, 12-наибольший корень. x 2 7 x 35 52 x 2 7 x 60 0 x 5 Ответ:12. Пример 2. Решить уравнение: log 16 x5 log 4 x3 log 2 x 3. Решение. log 16 x5 log 4 x3 log 2 x 3. log 2 x log 2 x 5 3 3 5 3 log 2 x 3 log 2 x log 2 x 3 log 216 log 2 4 4 2 2 1 1 5 3 x . 1 log 2 x 3 log 2 x log 16 2 16 4 2 1 Ответ: . 16 Пример 3. Решить уравнение: log 2 5 x 5 log 4 x log 3 x 7 log 2 2 x 0 Решение. 5 7 log 2 5 x 5 log 4 x log 3 x 7 log 2 2 x 0 log 2 5 x 1 0 , так как 2 log 4 x log 3 x log 5 x каждое слагаемое суммы, заключенной в скобки, положительно, то сумма не равна 0. Поэтому уравнение равносильно уравнению log 2 5 x 0 , имеющему единственный корень х=1. Ответ:1. Алгебраические преобразования Применение свойств логарифма и основного логарифмического тождества. a>0, a 1, x, y >0 x log a x log a y , 2. log a xy log a x log a y , 3. log a x k k log a x , y a 1 k log c b , c 0, c 1 . 4. log ak x log a x , 5. log an x k log a x , n 0 6. log a b k n log c a 1. log 7 7. alog b b, b 0 Пример 4. Решить уравнение: log 3 x log 3 3x 2 log 35 . Решение. a x 1, 3x 2 2 x 5 0, x 3x 2 5, x 5 5 log 3 x log 3 3x 2 log 3 5 x 0, x 0, 3 x 3. 3x 2 0; 2 2 x ; x ; 3 3 2 Ответ: 1 . 3 Пример 5: Укажите наименьший целый корень уравнения x 2 log x2 15 15. Решение. К уравнению можно применить основное логарифмическое тождество x 2 0, x 2, наименьшим целым x 2 1 x 3 при выполнении необходимых условий корнем будет 4. Ответ:4. log Пример 6: Укажите целое решение уравнения x 2 Решение. Заменим 5 5 x 2 5 x 2 5. log x2 5 x 2 0, log x 2 log 5 получим уравнение x 2 5 x 2 x2 x 2 1 log x 2 log x 2 5 5 x 2, x 2, x 2, x 2, x 3 x 3, x 3, x 3 x 2 5, x 7, 1 log 5 x 2 1 log 5 x 2 log x 2 log x 2 1 1 1 5 5 x 2 5 ; x 2 5 . x 7, , целое х=7. Ответ:7. x 2 1 5 Пример 7. Решить уравнение: 5lg x 50 10lg5 . lg x Решение. 5lg x 50 10lg5 lg x 5lg x 50 5lg x 2*5lg x 50 5lg x 25 lg x 2 x 100 . Ответ:100. 8 Пример 8. Решить уравнение: log 2 10 x2 log 2 1 x 1 . Решение. 10 x 2 1 x * 2, log 10 x 2 log 2 1 x 1 log 10 x 2 log 2 1 x log 2 2 1 x 0, 2 2 10 x 2 0 2 x 2 x 8 0, x 4, x 2, x2. x 1, 1 x 10 10 x 10 Ответ:2. Пример 9. Решить уравнение: log 5 x2 12 0,5log 1 x2 0 5 Решение. По свойствам логарифмов запишем уравнение в виде log x2 12 log 5| x | 0 , откуда 5 x 3, 2 x 12 x , x 4, log x 2 12 log 5 | x | 0 x 4, x 4 5 x 0 x 4. x 0 Ответ:-4;4. Пример 10. Решить уравнение: log 2011 2 x3 x2 x 48 log 2011 2 x3 3x 3 . Решение. log 2011 2 x3 x2 x 48 log 2 x3 x 2 x 48 2 x3 3 x 3, 3 2 x 3 x 3 2 x3 3x 3 0 2011 x 5, x 2 4 x 45 0, x 9, x 9. 3 2 x 3x 3 0 3 2 x 3x 3 0 Ответ: 9. Пример 11. Решить уравнение: 9 2 log log log 7 x 6 x x 56 0 Решение. 8 9 7 x6 9 2 log log log 7 x 6 x x 56 0 8 9 7 x6 9 9 9 log log 7 x 6 x2 x 56 1 log 7 x 6 x2 x 56 9 9 7 x6 7 x6 x 7, 2 x x 56 0, 7 x 6 9 x 2 x 56 7 x 6 9 , x 8, 6 6 x , x , x 8 . 7 x 6 0, 7 7 7 x 6 1 5 5 x 7 x 7 Ответ:8. Пример 12. Укажите наименьший корень уравнения log 2 2 x 1 4log 2 2 x 1 0 . 3 1 2 Решение. Область определения данного уравнения:2х-1>0; x> . 2 x 1 4 log 2 2 x 1 0; log 2 2 x 1 * log 2 2 2 x 1 4 0; log 2 2 x 1 0 log 3 2 2x 1 0 1 x 2 или log2 2 2 x 1 4 0 log 2 2 x 1 2 или log 2 2 x 1 2 2x 1 4 5 x 2 2 x 1 2 2 1 2x 1 4 7 x 8 Все найденные корни входят в область определения. Наименьший 7 8 корень x . Ответ: 7 . 8 Замена переменной Пример 13. Решить уравнение: 2lg 2 x 5lg x 7 0 Решение. Пусть lg x t , тогда получим уравнение 2t 2 5t 7 0 ; 7 lg x 59 5 9 7 lg x 1 1; x2 ; D 25 (56) 81, x1 или 2 4 4 2 x 0,1 x 1000 10 Ответ:0,1; 1000 10 . Пример 14. Решить уравнение: log x 2 3log x 3 . 3 10 1 3 3 ; log 3 x t; t 2 ; Решение. log x 3 ; log x 2 3 t log x log x 3 3 1 t 2 2t 3 0; t 0; t 1; t 3. log 3 x 1 ; x . log 3 x 3; х=27. 3 1 Ответ: 27; . 3 Отбор корней в логарифмических уравнениях Пример 15. Решить уравнение: log 6 4 x 2 log 6 2 x 1 4 log 6 3 . Решение. 2 4 x 0, log 6 4 x 2 log 6 2 x 1 4 log 6 3 2 x 1 0 2 log 4 x 2 log 2 x 1 4 log 3 6 6 6 2 4 x * 2 x 1 9, log 6 4 x * 2 x 1 log 6 9 4 x * 2 x 1 9 x 4, 1 x . 2 Если х>4, то |4-x|=4-x|, (x-4)(2x-1)=9 2x²-9x-5=0; D=121; x=-0,5 или x=5 x=-0,5 не удовлетворяет условию х>4 Если х<4, то |4-x|=x-4, (4-x)(2x-1)=9 2x²-9x+13=0; D<0; корней нет. Ответ:5. Пример 16. Решить уравнение: x 2 7 x 18 log x 3 x 4 0 Решение. x 2 7 x 18 log x 3 x 4 0 x 9 x 2 log x 3 x 4 0 ; х-9=0 или х+2 =0 или log x3 x 4 0 х=9 х=-2 x 4 0, x 3 x 3 x 3 0, x 2, x 2, log x3 x 4 0 x 3 1, x 4 1 x 3 x 4 ( x 3)0 х=-2 не удовлетворяет условию x 2 Ответ: 9. Пример 17. Решить уравнение: log 2 8x2 x *log 4 x 8x 1 2 . Решение. Обе части уравнения имеют смысл, если 1 4 x 1, x , 4 4 x 0, 1 1 1 x 0, ; т.е. при x ; ; 8 4 4 8 x 1 0, 1 8 x 2 x 0 x 8 11 log 2 8 x 2 x log 2 x log 2 8 x 2 x ; log 4 x 8 x 1 log 2 8 x 1 log 2 4 x Данное уравнение равносильно log 2 x log 2 8 x x 2 log 2 log 8 x 2 8x 2 x log 2 x 2 2 x log 2 x 2 2; 1 1 1 получаем уравнение log 2 x 2 0 x ; ; 8 4 4 log 2 x *log 2 8x 1 log2 2 8x 1 4 2log 2 x ; разложим на множители, обозначим При log 2 x = a, log 2 8x 1 =b, а b+ b²-4-2а=0, (b-2)( b+2)+а(b-2)=0; (b-2)( b+а+2)=0; log 2 8 x 1 2 log 2 8 x 1 log 2 x 2 0 log 2 8x 1 2 =0 или log 2 8x 1 log 2 x 2 =0 8x 1 4 5 x 8 log 2 8 x 2 x 2 1 8x2 x ; 4 D 1 1 4 32 36; x1 ; x2 . 4 8 4 1 1 5 5 1 1 1 Из чисел ; ; только удовлетворяет условию x ; ; . 8 4 8 8 8 4 4 5 Ответ: . 8 1 1 Пример 18 Решить уравнение. lg 2 4 x lg 4 x *lg x 2 lg 2 x 2 2 1 x 0, 1 Решение. 2 x 4. Используя тождество 2 4 x 0 32 x 2 4 x 1 0; a 2 ab 2b2 (a b)(a 2b) , заменим данное уравнение равносильным 1 1 уравнением lg 4 x lg x lg 4 x 2 lg x 0 , 2 2 1 lg 4 x 2 lg x 2 0, потенцируя 1 lg 4 x 2 lg x 0. 2 1 7 получим 4 x x , x ; 2 4 2 1 7 1 3 3 4 x x 1; x 4 x 2 12 x 15 0; x2 0, x3 6, x4 6 . 4 верно; 2 4 2 2 2 1 1 3 1 3 0 4 верно; 6 4 верно; 6 4 неверно. 2 2 2 2 2 7 3 Ответ:0; ; 6 . 4 2 12 Применение свойств функций 5 x Пример19. Решить уравнение. log 5 x . Решение. x 0; , D log .На этом промежутке функция f(x)= log5 x монотонно возрастает, а функция g(x)= 5 монотонно убывает. Поэтому x уравнение f(x)=g(x) имеет не более одного корня. Так как f(5)=g(5),х=5 единственный корень уравнения. Ответ:5. Пример 20. Решить уравнение. log3 x 2 6 x 12 cos 2 x . 2 Решение. Так как x 6 x 12 x 3 3 3 получим log3 x 2 6 x 12 1 , 2 ' Но cos 2 x 1 , поэтому уравнение имеет решение только в том случае, если 2 log3 x 6 x 12 1, 2 x 6 x 12 3 ( x 3)2 0 x 3 , cos 2 x 1. Проверка: cos 2 *3 1 верно. x 3 единственный корень. Ответ:3. 13 Тренировочная работа 1 Решить уравнение: 1. 53 x1 0, 2 . Тренировочная работа 2 1. log 1 4 x 1 1 . 5 2 x 8 2. 2. log3 1 log 1 x 1 . 3 1,52 x 3. 3. log 4 2 x 3 log4 x 1 log 4 3 1 2. 1 2 3. 2 3 4. 3 1 2 * . 2 9 8 x 1 x 4. (log0,5 x)2 log0,5 x 6 0 . x 5 x 1 5x 7. 4 1 1 . 9 3 3 x 20 9 9 x 20 . 11 11 x 25 24*5x 1 0 . 8. 32 x 1 9. 5 5* 6 5. 6. 10.. 2 11. 8 2 x 1 3 x 1 1 5. 6. x2 1 7. x 6 9* 3 0 . 5 x 3 2 3 2 0. log 2 x 2 1 2. log x2 4 2 x 2 5 x 10 1 . 8. x2 1 1 . x log 2 3 x log 3 x 2 1. log 3 x 1 log x2 1 2 2. 9. x 2 x 5 log6x x 7 0 . 10. log 2 x 1 x 1 log 25 2 x 5 1. log 2 x 1 x 1 log 25 ( x 2) 2*52 x 10 x 15* 4 x . 11. x 2 6 x log 3 (1 x) 7 log 3 (1 x) . 1 x 1 x 1 x log x2 13 log 43 x13 . 12. 64*9 12*12 27*16 0 . 13. х log2 x 4 32 . 13. 412 x 0,5* 21,2 2 x . 8 x 1 2 2*3x 3*2 x 3x 1 2x 3x 14. ( x 2 5 x 3) *lg(1 x ) lg 14. 15. 12. log 5 3x 1 *log x (3 x 1) 1 x 5 3 . 15. log x 3 3 x x3 1. x 1 14 Список литературы Учебник Алгебра и начала анализа 10 класс, авторы С.М. Никольский, М.К. Потапов, Н.Н. Решетников, А. В. Шевкин; 2. Учебник Алгебра и начала анализа 11 класс, авторы С.М. Никольский, М.К. Потапов, Н.Н. Решетников, А.В. Шевкин; 3. Дидактические материалы по алгебре и началам математического анализа 10 класс; М.К. Потапов, А.В. Шевкин; 4. Готовимся к ЕГЭ математика изд. Дрофа 2004 год авторы Л.О. Денищева, Е.М.Бойченко…; 5. ЕГЭ 2011 Математика задача С1 Уравнения и системы уравнений авторы С.А. Шестаков, П.И.Захаров; 6. Уравнения лекции для старшеклассников и абитуриентов М Шабунин Библиотечка «Первого сентября» математика №1 2005; 7. Книга для учителя К «Сборнику задач по алгебре и началам анализа для проведения и подготовки итоговой аттестации за курс средней школы» под редакцией С.А. Шестакова. 1. 15