Сложные логарифмические неравенства. Логарифмические неравенства
Среди всего многообразия логарифмических неравенств отдельно изучают неравенства с переменным основанием. Они решаются по специальной формуле, которую почему-то редко рассказывают в школе:
log k (x ) f (x ) ∨ log k (x ) g (x ) ⇒ (f (x ) − g (x )) · (k (x ) − 1) ∨ 0
Вместо галки «∨» можно поставить любой знак неравенства: больше или меньше. Главное, чтобы в обоих неравенствах знаки были одинаковыми.
Так мы избавляемся от логарифмов и сводим задачу к рациональному неравенству. Последнее решается намного проще, но при отбрасывании логарифмов могут возникнуть лишние корни. Чтобы их отсечь, достаточно найти область допустимых значений. Если вы забыли ОДЗ логарифма, настоятельно рекомендую повторить - см. «Что такое логарифм ».
Все, что связано с областью допустимых значений, надо выписать и решить отдельно:
f (x ) > 0; g (x ) > 0; k (x ) > 0; k (x ) ≠ 1.
Эти четыре неравенства составляют систему и должны выполняться одновременно. Когда область допустимых значений найдена, остается пересечь ее с решением рационального неравенства - и ответ готов.
Задача. Решите неравенство:
Для начала выпишем ОДЗ логарифма:
Первые два неравенства выполняются автоматически, а последнее придется расписать. Поскольку квадрат числа равен нулю тогда и только тогда, когда само число равно нулю, имеем:
x
2 + 1 ≠ 1;
x
2 ≠ 0;
x
≠ 0.
Получается, что ОДЗ логарифма - все числа, кроме нуля: x ∈ (−∞ 0)∪(0; +∞). Теперь решаем основное неравенство:
Выполняем переход от логарифмического неравенства к рациональному. В исходном неравенстве стоит знак «меньше», значит полученное неравенство тоже должно быть со знаком «меньше». Имеем:
(10 − (x
2 + 1)) · (x
2 + 1 − 1) < 0;
(9 − x
2) · x
2 < 0;
(3 − x
) · (3 + x
) · x
2 < 0.
Нули этого выражения: x = 3; x = −3; x = 0. Причем x = 0 - корень второй кратности, значит при переходе через него знак функции не меняется. Имеем:
Получаем x ∈ (−∞ −3)∪(3; +∞). Данное множество полностью содержится в ОДЗ логарифма, значит это и есть ответ.
Преобразование логарифмических неравенств
Часто исходное неравенство отличается от приведенного выше. Это легко исправить по стандартным правилам работы с логарифмами - см. «Основные свойства логарифмов ». А именно:
- Любое число представимо в виде логарифма с заданным основанием;
- Сумму и разность логарифмов с одинаковыми основаниями можно заменить одним логарифмом.
Отдельно хочу напомнить про область допустимых значений. Поскольку в исходном неравенстве может быть несколько логарифмов, требуется найти ОДЗ каждого из них. Таким образом, общая схема решения логарифмических неравенств следующая:
- Найти ОДЗ каждого логарифма, входящего в неравенство;
- Свести неравенство к стандартному по формулам сложения и вычитания логарифмов;
- Решить полученное неравенство по схеме, приведенной выше.
Задача. Решите неравенство:
Найдем область определения (ОДЗ) первого логарифма:
Решаем методом интервалов. Находим нули числителя:
3x
− 2 = 0;
x
= 2/3.
Затем - нули знаменателя:
x
− 1 = 0;
x
= 1.
Отмечаем нули и знаки на координатной стреле:
Получаем x ∈ (−∞ 2/3)∪(1; +∞). У второго логарифма ОДЗ будет таким же. Не верите - можете проверить. Теперь преобразуем второй логарифм так, чтобы в основании стояла двойка:
Как видите, тройки в основании и перед логарифмом сократились. Получили два логарифма с одинаковым основанием. Складываем их:
log 2 (x
− 1) 2 < 2;
log 2 (x
− 1) 2 < log 2 2 2 .
Получили стандартное логарифмическое неравенство. Избавляемся от логарифмов по формуле. Поскольку в исходном неравенстве стоит знак «меньше», полученное рациональное выражение тоже должно быть меньше нуля. Имеем:
(f
(x
) − g
(x
)) · (k
(x
) − 1) < 0;
((x
− 1) 2 − 2 2)(2 − 1) < 0;
x
2 − 2x
+ 1 − 4 < 0;
x
2 − 2x
− 3 < 0;
(x
− 3)(x
+ 1) < 0;
x
∈ (−1; 3).
Получили два множества:
- ОДЗ: x ∈ (−∞ 2/3)∪(1; +∞);
- Кандидат на ответ: x ∈ (−1; 3).
Осталось пересечь эти множества - получим настоящий ответ:
Нас интересует пересечение множеств, поэтому выбираем интервалы, закрашенные на обоих стрелах. Получаем x ∈ (−1; 2/3)∪(1; 3) - все точки выколоты.
Цели урока:
Дидактические:
- 1 уровень – научить решать простейшие логарифмические неравенства, применяя определение логарифма, свойства логарифмов;
- 2 уровень – решать логарифмические неравенства, выбирая самостоятельно способ решения;
- 3 уровень – уметь применять знания и умения в нестандартных ситуациях.
Развивающие: развивать память, внимание, логическое мышление, навыки сравнения, уметь обобщать и делать выводы
Воспитательные: воспитывать аккуратность, ответственность за выполняемое задание, взаимопомощь.
Методы обучения: словесный, наглядный, практический, частично-поисковый, самоуправления, контроля.
Формы организации познавательной деятельности учащихся: фронтальный, индивидуальный, работа в парах.
Оборудование: набор тестовых заданий, опорный конспект, чистые листы для решений.
Тип урока: изучение нового материала.
Ход урока
1. Организационный момент. Объявляются тема и цели урока, схема проведения урока: каждому ученику выдается оценочный лист, который ученик заполняет в течении урока; для каждой пары учеников – печатные материалы с заданиями, выполнять задания нужно в парах; чистые листы для решений; опорные листы: определение логарифма; график логарифмической функции, ее свойства; свойства логарифмов; алгоритм решения логарифмических неравенств.
Все решения после самооценки сдаются учителю.
Оценочный лист учащегося
2. Актуализация знаний.
Указания учителя. Вспомните определение логарифма, график логарифмической функции и ее свойства. Для этого прочитайте текст на с.88–90, 98–101 учебника “Алгебра и начала анализа 10–11” под редакцией Ш.А Алимова, Ю.М Колягина и др.
Ученикам раздаются листы, на которых записаны: определение логарифма; изображен график логарифмической функции, ее свойства; свойства логарифмов; алгоритм решения логарифмических неравенств, пример решения логарифмического неравенства, сводящегося к квадратному.
3. Изучение нового материала.
Решение логарифмических неравенств основано на монотонности логарифмической функции.
Алгоритм решения логарифмических неравенств:
А) Найти область определения неравенства (подлогарифмическое выражение больше
нуля).
Б) Представить (если возможно) левую и правую части неравенства в виде
логарифмов по одному и тому же основанию.
В) Определить, возрастающей или убывающей является логарифмическая функция: если
t>1, то возрастающая; если 0
Г) Перейти к более простому неравенству (подлогарифмических выражений),
учитывая, что знак неравенства сохранится, если функция возрастает, и изменится,
если она убывает.
Учебный элемент № 1.
Цель: закрепить решение простейших логарифмических неравенств
Форма организации познавательной деятельности учащихся: индивидуальная работа.
Задания для самостоятельной работы на 10 минут. Для каждого неравенства имеются несколько вариантов ответов, нужно выбрать верный и проверить по ключу.
КЛЮЧ: 13321, максимальное кол-во баллов – 6 б.
Учебный элемент № 2.
Цель: закрепить решение логарифмических неравенств, применяя свойства логарифмов.
Указания учителя. Вспомните основные свойства логарифмов. Для этого прочитайте текст учебника на с.92, 103–104.
Задания для самостоятельной работы на 10 минут.
КЛЮЧ: 2113, максимальное кол-во баллов – 8 б.
Учебный элемент № 3.
Цель: изучить решение логарифмических неравенств методом сведения к квадратному.
Указания учителя: метод сведения неравенства к квадратному состоит в том, что нужно преобразовать неравенство к такому виду, чтобы некоторую логарифмическую функцию обозначить новой переменной, получив при этом квадратное неравенство относительно этой переменной.
Применим метод интервалов.
Вы прошли первый уровень усвоения материала. Теперь вам придется самостоятельно выбрать метод решения логарифмических уравнений, используя все свои знания и возможности.
Учебный элемент № 4.
Цель: закрепить решение логарифмических неравенств, выбрав самостоятельно рациональный способ решения.
Задания для самостоятельной работы на 10 минут
Учебный элемент № 5.
Указания учителя. Молодцы! Вы освоили решение уравнений второго уровня сложности. Целью дальнейшей вашей работы является применение своих знаний и умений в более сложных и нестандартных ситуациях.
Задания для самостоятельного решения:
Указания учителя. Замечательно, если вы справились со всем заданием. Молодцы!
Оценка за весь урок зависит от числа набранных баллов по всем учебным элементам:
- если N ≥ 20, то вы получаете оценку “5”,
- при 16 ≤ N ≤ 19 – оценка “4”,
- при 8 ≤ N ≤ 15 – оценка “3”,
- при N < 8 выполнить работу над ошибками к следующему уроку (решения можно взять у учителя).
Оценочные лисы сдать учителю.
5. Домашнее задание: если вы набрали не более 15 б – выполните работу над ошибками (решения можно взять у учителя), если вы набрали более 15 б – выполните творческое задание по теме “Логарифмические неравенства”.
ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ НЕРАВЕНСТВА В ЕГЭ
Сечин Михаил Александрович
Малая академия наук учащейся молодежи РК «Искатель»
МБОУ « Советская СШ №1», 11 класс, пгт. Советский Советского района
Гунько Людмила Дмитриевна, учитель МБОУ « Советская СШ №1»
Советского района
Цель работы: исследование механизма решения логарифмических неравенств С3 при помощи нестандартных методов, выявление интересных фактов логарифма.
Предмет исследования:
3)Научиться решать конкретные логарифмические неравенства С3 с помощью нестандартных методов.
Результаты:
Содержание
Введение………………………………………………………………………….4
Глава 1. История вопроса……………………………………………………...5
Глава 2. Сборник логарифмических неравенств ………………………… 7
2.1. Равносильные переходы и обобщенный метод интервалов…………… 7
2.2. Метод рационализации ………………………………………………… 15
2.3. Нестандартная подстановка………………............................................... 22
2.4. Задания с ловушками…………………………………………………… 27
Заключение…………………………………………………………………… 30
Литература……………………………………………………………………. 31
Введение
Я учусь в 11 классе и планирую поступить в ВУЗ, где профильным предметом является математика. А поэтому много работаю с задачами части С. В задании С3 нужно решить нестандартное неравенство или систему неравенств, как правило, связанное с логарифмами. При подготовке к экзамену я столкнулся с проблемой дефицита методов и приёмов решения экзаменационных логарифмических неравенств, предлагаемых в С3. Методы, которые изучаются в школьной программе по этой теме, не дают базу для решения заданий С3. Учитель по математике предложила мне поработать с заданиями С3 самостоятельно под её руководством. Кроме этого, меня заинтересовал вопрос: а в жизни нашей встречаются логарифмы?
С учетом этого и была выбрана тема:
«Логарифмические неравенства в ЕГЭ»
Цель работы: исследование механизма решения задач С3 при помощи нестандартных методов, выявление интересных фактов логарифма.
Предмет исследования:
1)Найти необходимые сведения о нестандартных методах решения логарифмических неравенств.
2)Найти дополнительные сведения о логарифмах.
3)Научиться решать конкретные задачи С3 с помощью нестандартных методов.
Результаты:
Практическая значимость заключается в расширении аппарата для решения задач С3. Данный материал можно будет использовать на некоторых уроках, для проведения кружков, факультативных занятий по математике.
Проектным продуктом станет сборник «Логарифмические неравенства С3 с решениями».
Глава 1. История вопроса
На протяжении 16 века быстро возрастало количество приближённых вычислений, прежде всего, в астрономии. Совершенствование инструментов, исследование планетных движений и другие работы потребовали колоссальных, иногда многолетних, расчетов. Астрономии грозила реальная опасность утонуть в невыполненных расчётах. Трудности возникали и в других областях, например, в страховом деле нужны были таблицы сложных процентов для различных значений процента. Главную трудность представляли умножение, деление многозначных чисел, особенно тригонометрических величин.
Открытие логарифмов опиралось на хорошо известные к концу 16 века свойства прогрессий. О связи между членами геометрической прогрессии q, q2, q3, ... и арифметической прогрессией их показателей 1, 2, 3,... говорил еще в "Псалмите" Архимед. Другой предпосылкой было распространение понятия степени на отрицательные и дробные показатели. Многие авторы указывали, что умножению, делению, возведению в степень и извлечению корня в геометрической прогрессии соответствуют в арифметической - в том же порядке - сложение, вычитание, умножение и деление.
Здесь скрывалась идея логарифма как показателя степени.
В истории развития учения о логарифмах прошло несколько этапов.
1 этап
Логарифмы были изобретены не позднее 1594 года независимо друг от друга шотландским бароном Непером (1550-1617) и через десять лет швейцарским механиком Бюрги (1552-1632). Оба хотели дать новое удобное средство арифметических вычислений, хотя подошли они к этой задаче по-разному. Непер кинематически выразил логарифмическую функцию и, тем самым, вступил в новую область теории функции. Бюрги остался на почве рассмотрения дискретных прогрессий. Впрочем, определение логарифма у обоих не похоже на современное. Термин "логарифм" (logarithmus) принадлежит Неперу. Он возник из сочетания греческих слов: logos - "отношение" и ariqmo - "число", которое означало "число отношений". Первоначально Непер пользовался другим термином: numeri artificiales- "искусственные числа", в противоположность numeri naturalts -"числам естественным".
В 1615 году в беседе с профессором математики Грешем Колледжа в Лондоне Генри Бригсом (1561-1631) Непер предложил принять за логарифм единицы нуль, а за логарифм десяти - 100, или, что сводится к тому же, просто 1. Так появились десятичные логарифмы и были напечатаны первые логарифмические таблицы. Позже таблицы Бригса дополнил голландский книготорговец и любитель математики Андриан Флакк (1600-1667). Непер и Бригс, хотя пришли к логарифмам раньше всех, опубликовали свои таблицы позже других - в 1620 году. Знаки log и Log были введены в 1624 году И. Кеплером. Термин "натуральный логарифм" ввели Менголи в 1659 г. и вслед за ним Н. Меркатор в 1668 г., а издал таблицы натуральных логарифмов чисел от 1 до 1000 под названием "Новые логарифмы" лондонский учитель Джон Спейдел.
На русском языке первые логарифмические таблицы были изданы в 1703 году. Но во всех логарифмических таблицах были допущены ошибки при вычислении. Первые безошибочные таблицы вышли в 1857 году в Берлине в обработке немецкого математика К. Бремикера (1804-1877).
2 этап
Дальнейшее развитие теории логарифмов связано с более широким применением аналитической геометрии и исчисления бесконечно малых. К тому времени относится установление связи между квадратурой равносторонней гиперболы и натуральным логарифмом. Теория логарифмов этого периода связана с именами целого ряда математиков.
Немецкий математик, астроном и инженер Николаус Меркатор в сочинении
"Логарифмотехника" (1668) приводит ряд, дающий разложение ln(x+1) по
степеням х:
Это выражение в точности соответствует ходу его мысли, хотя он, конечно, пользовался не знаками d, ... , а более громоздкой символикой. С открытием логарифмического ряда изменилась техника вычисления логарифмов: они стали определяться с помощью бесконечных рядов. В своих лекциях "Элементарная математика с высшей точки зрения", прочитанных в 1907-1908 годах, Ф. Клейн предложил использовать формулу в качестве исходного пункта построения теории логарифмов.
3 этап
Определение логарифмической функции как функции обратной
показательной, логарифма как показателя степени данного основания
было сформулировано не сразу. Сочинение Леонарда Эйлера (1707-1783)
"Введение в анализ бесконечно малых" (1748 г.) послужило дальнейшему
развитию теории логарифмической функции. Таким образом,
прошло 134 года с тех пор, как логарифмы впервые были введены
(считая с 1614 г.), прежде чем математики пришли к определению
понятия логарифма, которое положено теперь в основу школьного курса.
Глава 2. Сборник логарифмических неравенств
2.1. Равносильные переходы и обобщенный метод интервалов.
Равносильные переходы
, если а > 1
, если 0 <
а <
1
Обобщённый метод интервалов
Данный способ наиболее универсален при решении неравенств практически любого типа. Схема решения выглядит следующим образом:
1. Привести неравенство к такому виду, где в левой части находится функция 
, а в правой 0.
2. Найти область определения функции .
3. Найти нули функции , то есть – решить уравнение 
(а решать уравнение обычно проще, чем решать неравенство).
4. Изобразить на числовой прямой область определения и нули функции.
5. Определить знаки функции на полученных интервалах.
6. Выбрать интервалы, где функция принимает необходимые значения, и записать ответ.
Пример 1.
Решение:
Применим метод интервалов
откуда
При этих значениях все выражения, стоящие под знаками логарифмов, положительны.
Ответ:
Пример 2.
Решение:
1-й способ . ОДЗ определяется неравенством x > 3. Логарифмируя при таких x по основанию 10, получаем
Последнее неравенство можно было бы решать, применяя правила разложения, т.е. сравнивая с нулём сомножители. Однако в данном случае легко определить интервалы знакопостоянства функции
поэтому можно применить метод интервалов.
Функция f (x ) = 2x (x - 3,5)lgǀ x - 3ǀ непрерывна при x > 3 и обращается в ноль в точках x 1 = 0, x 2 = 3,5, x 3 = 2, x 4 = 4. Таким образом, определяем интервалы знакопостоянства функции f (x ):
Ответ:
2-й способ . Применим непосредственно к исходному неравенству идеи метода интервалов.
Для этого напомним, что выражения a b - a c и (a - 1)(b - 1) имеют один знак. Тогда наше неравенство при x > 3 равносильно неравенству
или
Поcледнее неравенство решается методом интервалов
Ответ:
Пример 3.
Решение:
Применим метод интервалов
Ответ:
Пример 4.
Решение:
Так как 2x 2 - 3x + 3 > 0 при всех действительных x , то
Для решения второго неравенства воспользуемся методом интервалов
В первом неравенстве сделаем замену
тогда приходим к неравенству 2y 2 - y - 1 < 0 и, применив метод интервалов, получаем, что решениями будут те y , которые удовлетворяют неравенству -0,5 < y < 1.
Откуда, так как
получаем неравенство
которое выполняется при тех x , для которых 2x 2 - 3x - 5 < 0. Вновь применим метод интервалов
Теперь с учетом решения второго неравенства системы окончательно получаем
Ответ:
Пример 5.
Решение:
Неравенство равносильно совокупности систем
или
Применим метод интервалов или
Ответ :
Пример 6.
Решение:
Неравенство равносильно системе
Пусть
тогда y > 0,
и первое неравенство
системы принимает вид
или, раскладывая
квадратный трехчлен на множители,
Применяя к последнему неравенству метод интервалов,
видим, что его решениями, удовлетворяющими условию y > 0 будут все y > 4.
Таким образом исходное неравенство эквивалентно системе:
Итак, решениями неравенства являются все
2.2. Метод рационализации.
Раньше методом рационализации неравенства не решали, его не знали. Это "новый современный эффективный метод решения показательных и логарифмических неравенств" (цитата из книжки Колесниковой С.И.)
И даже, если педагог его знал, была опаска - а знает ли его эксперт ЕГЭ, а почему в школе его не дают? Были ситуации, когда учитель говорил ученику: "Где взял? Садись - 2."
Сейчас метод повсеместно продвигается. И для экспертов есть методические указания, связанные с этим методом, и в "Самых полных изданиях типовых вариантов..." в решении С3 используется этот метод.
МЕТОД ЧУДЕСНЫЙ!
«Волшебная таблица»
В других источниках
если a >1 и b >1, то log a b >0 и (a -1)(b -1)>0;
если a
>1 и 0 если 0<a
<1 и b
>1, то log
a
b
<0 и (a
-1)(b
-1)<0;
если 0<a
<1 и 00 и (a
-1)(b
-1)>0.
Проведенные рассуждения несложные, но заметно упрощающие решение логарифмических неравенств.
Пример 4.
log
x
(x
2 -3)<0
Решение:
Пример 5.
log
2 x
(2x
2 -4x
+6)≤log
2 x
(x
2 +x
)
Решение:
Пример 6.
Для решения этого неравенства вместо знаменателя запишем (х-1-1)(х-1), а вместо числителя - произведение (х-1)(х-3-9+х).
Пример 7.
Пример 8.
2.3. Нестандартная подстановка.
Пример 1.
Пример 2.
Пример 3.
Пример 4.
Пример 5.
Пример 6.
Пример 7.
log
4 (3 x
-1)log
0,25 Сделаем замену у=3 х -1; тогда данное неравенство примет вид
Log
4 log
0,25 Так как log
0,25 Сделаем замену t
=log
4 y
и получим неравенство t
2 -2t
+≥0, решением которого являются промежутки - Таким образом, для нахождения значений у имеем совокупность двух простейших неравенств Следовательно, исходное неравенство равносильно совокупности двух показательных неравенств, Решением первого неравенства этой совокупности является промежуток 0<х≤1, решением второго – промежуток 2≤х<+ Пример 8.
Решение:
Неравенство равносильно системе
Решением второго неравенства, определяющего ОДЗ, будет множество тех x
,
для которых x
> 0.
Для решения первого неравенства сделаем замену
Тогда получаем неравенство
или
Множество решений последнего неравенства находится методом
интервалов: -1 < t
< 2. Откуда, возвращаясь к переменной x
, получаем
или
Множество тех x
, которые удовлетворяют последнему неравенству
принадлежит ОДЗ (x
> 0), следовательно, является решением системы,
а значит, и исходного неравенства.
Ответ:
2.4. Задания с ловушками.
Пример 1.
Решение.
ОДЗ неравенства есть все х, удовлетворяющие условию 0 Пример 2.
log 2 (2 x +1-x 2)>log 2 (2 x-1 +1-x)+1.
Ответ
. (0; 0,5)U
.
Ответ:
(3;6)
.
= -log
4 = -(log
4 y
-log
4 16)=2-log
4 y
, то перепишем последнее неравенство в виде 2log
4 y
-log
4 2 y
≤.
Решение этой совокупности есть промежутки 0<у≤2 и 8≤у<+.
то есть совокупности 
. Таким образом, исходное неравенство выполняется для всех значений х из промежутков 0<х≤1 и 2≤х<+.
.
. Следовательно, все х из промежутка 0
Заключение
Было не просто найти из большого обилия разных учебных источников особые методы решения задач С3. В ходе проделанной работы мне удалось изучить нестандартные методы решения сложных логарифмических неравенств. Это: равносильные переходы и обобщённый метод интервалов, метод рационализации, нестандартная подстановка, задания с ловушками на ОДЗ. В школьной программе эти методы отсутствуют.
Разными методами я решил 27 неравенств, предлагаемых на ЕГЭ в части С, а именно С3. Эти неравенства с решениями по методам легли в основу сборника «Логарифмические неравенства С3 с решениями», который стал проектным продуктом моей деятельности. Гипотеза, поставленная мною вначале проекта, подтвердилась: задачи С3 можно эффективно решать, зная эти методы.
Кроме этого, я выявил интересные факты логарифмов. Мне это было интересно делать. Мои проектные продукты будут полезны как для учащихся, так и для учителей.
Выводы:
Таким образом, поставленная цель проекта достигнута, проблема решена. А я получил наиболее полный и разносторонний опыт проектной деятельности на всех этапах работы. В ходе работы над проектом у меня основное развивающее воздействие было оказано на мыслительную компетентность, деятельность, связанную с логическими мыслительными операциями, развитие творческой компетентности, личной инициативы, ответственности, настойчивости, активности.
Гарантией успеха при создании исследовательского проекта для меня стали: значительный школьный опыт, умение добывать информацию из различных источников, проверять ее достоверность, ранжировать ее по значимости.
Кроме непосредственно предметных знаний по математике, расширил свои практические навыки в области информатики, получил новые знания и опыт в области психологии, наладил контакты с одноклассниками, научился сотрудничать с взрослыми людьми. В ходе проектной деятельности развивались организационные, интеллектуальные и коммуникативные общеучебные умения и навыки.
Литература
1. Корянов А. Г. ,Прокофьев А. А. Системы неравенств с одной переменной (типовые задания С3).
2. Малкова А. Г. Подготовка к ЕГЭ по математике.
3. Самарова С. С. Решение логарифмических неравенств.
4. Математика. Сборник тренировочных работ под редакцией А.Л. Семёнова и И.В. Ященко. -М.: МЦНМО, 2009. - 72 с.-
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.
Логарифмическая функция
Определение
Функцию вида
0,\, a\ne 1 \]" title="Rendered by QuickLaTeX.com">
называют логарифмической функцией .
Основные свойства
Основные свойства логарифмической функции y = log a x :
Графиком логарифмической функции является логарифмическая кривая :
Свойства логарифмов
Логарифм произведения двух положительных чисел равен сумме логарифмов этих чисел:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Логарифм частного двух положительных чисел равен разности логарифмов этих чисел:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
Если a и b a ≠ 1, то для любого числа r справедливо равенство :
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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 ):
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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 ).
Решение логарифмических уравнений и неравенств
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:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
С учетом того, что
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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:
ql-right-eqno">
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:
ql-right-eqno">
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:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
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:
Title="Rendered by QuickLaTeX.com">
I способ. Воспользуемся формулой перехода к новому основанию логарифма и перейдем к равносильному в области допустимых значений неравенству.
При изучении логарифмической функции мы рассматривали в основном неравенства вида
log а х < b и log а х ≥ b. Рассмотрим решение более сложных логарифмических неравенств. Обычным способом решения таких неравенств является переход от данного неравенства к более простому неравенству или системе неравенств, которая имеет то же самое множество решений.
Решить неравенство lg (х + 1) ≤ 2 (1).
Решение .
1) Правая часть рассматриваемого неравенства смысл имеет при всех значенияхх, а левая часть – при х + 1 > 0, т.е. при х > -1.
2) Промежуток х > -1 называют областью определения неравенства (1). Логарифмическая функция с основанием 10 является возрастающей, следовательно, при условии х + 1 > 0 неравенство (1) выполняется, если х + 1 ≤ 100 (так как 2 = lg 100). Таким образом, неравенство (1) и система неравенств
{х > -1, (2)
{х + 1 ≤ 100,
равносильны, иными словами, множество решений неравенства (1) и системы неравенств (2) одно и то же.
3) Решая систему (2), находим -1 < х ≤ 99.
Ответ. -1 < х ≤ 99.
Решить неравенство log 2 (х – 3) + log 2 (х – 2) ≤ 1 (3).
Решение.
1) Областью определения рассматриваемой логарифмической функции является множество положительных значений аргумента, поэтому левая часть неравенства смысл имеет при х – 3 > 0 и х – 2 > 0.
Следовательно, областью определения этого неравенства является промежуток х > 3.
2) По свойствам логарифма неравенство (3) при х > 3 равносильно неравенству log 2 (х – 3)(х – 2) ≤ log 2 (4).
3) Логарифмическая функция с основанием 2 является возрастающей. Поэтому при х > 3 неравенство (4) выполняется, если (х – 3)(х – 2) ≤ 2.
4) Таким образом, исходное неравенство (3) равносильно системе неравенств
{(х – 3)(х – 2) ≤ 2,
{х > 3.
Решая первое неравенство этой системы, получаем х 2 – 5х + 4 ≤ 0, откуда 1 ≤ х ≤ 4. Совмещая этот отрезок с промежутком х > 3, получаем 3 < х ≤ 4.
Ответ. 3 < х ≤ 4.
Решить неравенство log 1/2 (х 2 + 2х – 8) ≥ -4. (5)
Решение.
1) Область определения неравенства находим из условия х 2 + 2х – 8 > 0.
2) Неравенство (5) можно записать в виде:
log 1/2 (х 2 + 2х – 8) ≥ log 1/2 16.
3) Так как логарифмическая функция с основанием ½ убывающая, то для всех х из всей области определения неравенства получаем:
х 2 + 2х – 8 ≤ 16.
Таким образом, исходное равенство (5) равносильно системе неравенств
{х 2 + 2х – 8 > 0, или {х 2 + 2х – 8 > 0,
{х 2 + 2х – 8 ≤ 16, {х 2 + 2х – 24 ≤ 0.
Решая первое квадратное неравенство, получаем х < -4, х > 2. Решая второе квадратное неравенство, получаем -6 ≤ х ≤ 4. Следовательно, оба неравенства системы выполняются одновременно при -6 ≤ х < -4 и при 2 < х ≤ 4.
Ответ. -6 ≤ х < -4; 2 < х ≤ 4.
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
