Логарифмические неравенства
Содержание
Логарифмические неравенства
Решение логарифмических неравенств на ДВИ сводится к трем базовым шагам: поиску Области Допустимых Значений (ОДЗ), приведению логарифмов к одному основанию и избавлению от знака логарифма (потенцированию). В отличие от ЕГЭ, задачи ДВИ часто содержат переменное основание, модули в аргументах и громоздкие рациональные функции.
Главный принцип при работе с логарифмическими неравенствами — постоянный контроль равносильности переходов. Помни: листа формул на ДВИ не выдают, поэтому каждый нетабличный переход (особенно рационализацию) ты должен уметь не просто применить, но и обосновать.
Основные формулы и переходы
Любое логарифмическое неравенство с постоянным основанием раскрывается с учетом монотонности функции.
Если основание логарифма содержит переменную, прямое раскрытие требует рассмотрения двух случаев. Чтобы этого избежать, применяют метод рационализации (метод замены множителей).
В частности, сравнение логарифма с нулем () эквивалентно при условии ОДЗ. Откуда берётся именно ? Поскольку , запишем и применим общую формулу к разности : здесь , поэтому . Так частный случай выводится из общего за одну строку.
Приведение к одному основанию
Шаг «свести к одному основанию» опирается на формулу перехода — её тоже надо знать наизусть (листа формул нет). Подробный вывод — см. справочник, раздел «Степень основания и переход».
Алгоритм решения
Примеры
Реши неравенство .
Находим ОДЗ
Логарифм один, аргумент , основание постоянно:
Делаем замену
Здесь означает . Введём , (при логарифм пробегает всю ось). Неравенство становится квадратным:
Решаем квадратное неравенство
Корни: . Парабола ветвями вверх, поэтому между корнями:
Обратный переход
Возвращаемся к . Так как , а основание — логарифм возрастает, знак двойного неравенства сохраняется:
Все эти удовлетворяют ОДЗ .
Реши неравенство .
Находим ОДЗ
Все основания постоянны и больше , аргумент один:
Приводим к одному основанию
Основания и — степени двойки. По формуле :
Подставим и обозначим :
Решаем линейное неравенство
Множитель , делим без смены знака:
Обратный переход
Основание , логарифм возрастает, знак сохраняется:
Условие выполнено автоматически.
Реши неравенство .
Находим ОДЗ
Способ A. Совокупность двух систем (разбор по основанию)
Это «честный» метод, который не требует доказывать формулу рационализации, — его особенно ценят строгие проверяющие. Запишем и раскроем по монотонности, разобрав знак основания.
- Случай (основание , логарифм возрастает, знак сохраняется):
(Условие уже учтено в ОДЗ; при оно тем более верно.)
- Случай (основание , логарифм убывает, знак меняется):
Система несовместна (нет одновременно меньше и не меньше ).
Объединяя случаи: . Это уже лежит в ОДЗ.
Способ B. Рационализация (для самопроверки)
Перенесём всё влево: . На ОДЗ:
Корни и , парабола ветвями вниз, между корнями: . Пересекаем с ОДЗ (): получаем .
Оба способа дали один ответ — это надёжная проверка.
Реши неравенство .
Находим ОДЗ
Для существования логарифма должны выполняться условия:
Решим третье неравенство. Корни числителя и знаменателя: и . Расставляем знаки: на . Пересекая с условиями и , получаем итоговое ОДЗ:
Преобразование и рационализация
Представим как . Неравенство примет вид:
На ОДЗ применим метод рационализации:
Упростим вторую скобку:
Так как по ОДЗ , множитель в числителе и знаменателе сокращается. Остается:
Решение квадратного неравенства
Найдем корни : . Решение неравенства: .
Пересечение с ОДЗ
Оценим числа: . Тогда . Это число лежит на интервале . Число , оно больше .
Текстовая расстановка (на случай, если чертёж недоступен): на верхней оси решение квадратного неравенства — два луча и . Пересекаем с ОДЗ : левый луч даёт (отрезали всё, что ), правый луч целиком лежит в .
С учетом ОДЗ получаем ответ.
Реши неравенство .
Находим ОДЗ
Выпишем систему ограничений:
- Первое условие дает .
- Второе: и .
- Третье: .
- Четвертое: . Пересекая с , получаем . Убирая точки , находим итоговое ОДЗ:
Рационализация
Перенесем всё влево: . На ОДЗ применим рационализацию:
Заменим скобку с модулем и упростим вторую:
Разложим квадратный трехчлен: . Получаем неравенство:
Решение и пересечение с ОДЗ
Корни: . Нам нужно решить это неравенство только на ОДЗ: .
Текстовая расстановка знаков. Полное произведение на промежутках между корнями имеет знаки (справа налево начиная с на , и далее чередование, все корни простые): на «+», на «−», на «+», на «−», на «+».
Но мы на ОДЗ , где множители и строго положительны и на знак не влияют. Разделим на них обе части (это законно, знак не меняется):
Решение этого неравенства: . Пересекаем с ОДЗ: точка выколота по ОДЗ, луч обрезается условием . Итог: .
Реши неравенство .
Находим ОДЗ
Внешний логарифм требует, чтобы его аргумент был положителен, а внутренний — чтобы был положителен :
(Условие сильнее, чем , и поглощает его.)
Раскрываем внешний логарифм
Основание внешнего логарифма — функция убывает, знак меняется. Запишем :
Раскрываем внутренний логарифм
Объединяя с ОДЗ (), получаем двойное условие . Основание — знак сохраняется:
Частые ошибки
Что запомнить
- ОДЗ — фундамент. Начинай с него. Если ОДЗ выглядит как система из 5 неравенств 4-й степени, возможно, стоит решать через равносильные переходы (системы), а не искать ОДЗ в явном виде. Но в 90% задач ДВИ ОДЗ находится явно и упрощает дальнейший анализ.
- Квадрат относительно логарифма () — замена , реши квадратное, вернись с учётом монотонности.
- Разные основания сводятся к одному числовому основанию формулой ; степени одного основания — формулой .
- Переменное основание — рационализация или совокупность двух систем по знаку основания. Рационализация: знак всегда такой же, как у — на ОДЗ ().
- Знак логарифма всегда такой же, как у (частный случай при , ведь ).
- Множитель вида рационализируется в ; в общем знакосовпадает с .
- Вложенные логарифмы раскрывай снаружи внутрь, ОДЗ собирай изнутри наружу.
Стратегия на ДВИ
Оформление под рубрику ДВИ
На ДВИ оценивают по принципу «решено / не решено» с промежуточным «±» за существенное продвижение с пробелом. Лист формул не выдают, и любой нестандартный переход должен быть обоснован прямо в работе.
- При неравенство равносильно системе...
- На ОДЗ выражение совпадает по знаку с...
- Чем на ОДЗ можно заменить по знаку множитель ?
- Реши: . Ответ: