Логарифмические уравнения

Содержание

Суть темы и ОДЗ

Логарифмические уравнения в вариантах ДВИ МГУ проверяют не столько знание самих логарифмов, сколько умение аккуратно работать с ограничениями. Любое преобразование логарифма может сузить или расширить область допустимых значений (ОДЗ), что приведет к потере корней или появлению посторонних.

Определение логарифма log⁡ab=c\log_a b = c равносильно ac=ba^c = b. При этом функция имеет смысл только при жестких условиях на основание и аргумент. Решение любой логарифмической задачи должно начинаться с анализа этих ограничений.

Основные формулы и свойства

Для сведения уравнений к простейшему виду используется ограниченный набор тождеств. Их нужно знать наизусть — справочных материалов на экзамене нет (см. также справочник, раздел «Логарифмы и показательные»). Главная ловушка: каждое тождество имеет область применимости, и если её игнорировать, появятся посторонние корни или потеряются настоящие.

Вывод формулы перехода к новому основанию

Раз листа формул нет, ключевую формулу перехода стоит уметь восстанавливать за 10 секунд из определения логарифма.

Частный случай c=bc = b даёт log⁡ab=1log⁡ba\log_a b = \dfrac{1}{\log_b a} — формулу «переворота», которая постоянно нужна при взаимно обратных логарифмах.

Равносильные переходы

Избавляться от логарифмов («потенцировать») нужно строго через равносильные системы. Это страхует от появления посторонних корней без необходимости делать проверку подстановкой.

В систему достаточно добавить условие положительности только одного из аргументов — того, который проще (чаще всего это линейное выражение или константа). Поскольку f(x)=g(x)f(x) = g(x), второй аргумент будет положительным автоматически.

Если в основании стоит переменная log⁡h(x)f(x)=log⁡h(x)g(x)\log_{h(x)} f(x) = \log_{h(x)} g(x), к системе добавляются условия на основание: h(x)>0h(x) > 0 и h(x)≠1h(x) \neq 1.

Алгоритм решения

Примеры решений

Пример 1. Приведение к одному основанию

Условие. Реши уравнение log⁡2(1−x)=log⁡4(3−x)\log_2(1-x) = \log_4(3-x).

Пример 2. Четные степени и модули

Условие. Реши уравнение log⁡3(x2−6x+9)+log⁡1/3(3−x)=2\log_3(x^2-6x+9) + \log_{1/3}(3-x) = 2.

Пример 3. Переменное основание и замена

Условие. Реши уравнение log⁡x(x2−2)=4log⁡x2−2x\log_x(x^2-2) = 4\log_{x^2-2} x.

Пример 4. Квадратное уравнение относительно логарифма (замена t=log⁡axt=\log_a x)

Условие. Реши уравнение lg⁡2x−3lg⁡x+2=0\lg^2 x - 3\lg x + 2 = 0 (здесь lg⁡x=log⁡10x\lg x = \log_{10} x).

Пример 5. Переменное основание: разбор по случаям основания

Условие. Реши уравнение x 2x−3=x x−1x^{\,2x-3} = x^{\,x-1}.

Пример 6. Смешанное логарифмо-показательное уравнение

Условие. Реши уравнение log⁡2(9−2x)=3−x\log_2(9 - 2^x) = 3 - x.

Частые ошибки

Что запомнить

  • Если в основании логарифма стоит переменная — она должна быть строго больше нуля и не равна единице; при переменном основании отдельно проверяй случай h(x)=1h(x) = 1 (для уравнений) и помни про переворот знака при 0<h(x)<10 < h(x) < 1 (для неравенств).
  • Равносильный переход от log⁡af(x)=log⁡ag(x)\log_a f(x) = \log_a g(x) к f(x)=g(x)f(x) = g(x) требует проверки положительности только одной (самой простой) функции.
  • Модуль при вынесении степени ставится только при чётном показателе; для нечётного — лишь форма nlog⁡abn\log_a b при положительном аргументе.
  • Если уравнение свелось к квадратному относительно t=log⁡axt = \log_a x — реши его, а потом обязательно вернись к xx через x=atx = a^{t} и сверь корни с ОДЗ.
  • Показательные уравнения (вспомогательная переменная ax=ta^x = t) часто комбинируются с логарифмами (см. Пример 6). Возвращаясь к xx, помни, что x=log⁡atx = \log_a t, и t>0t > 0.

Оформление под рубрику ДВИ

ДВИ оценивается по outcomes-рубрике с частичными баллами «±»: важно не только получить число, но и обосновать каждый шаг отбора корней. Ниже — эталон оформления и типичные причины снятия баллов.

Стратегия на ДВИ

Проверь себя
  1. При каких условиях имеет смысл выражение log⁡h(x)f(x)\log_{h(x)} f(x)?
  2. Какое тождество верно при любом b≠0b \neq 0 (и a>0a > 0, a≠1a \neq 1)?
  3. Уравнение log⁡af(x)=log⁡ag(x)\log_a f(x) = \log_a g(x) (где a>0a > 0, a≠1a \neq 1) равносильно системе:
  4. Сколько корней у уравнения x 2x−3=x x−1x^{\,2x-3} = x^{\,x-1} (при x>0x > 0)?