Неравенства с логарифмами по переменному основанию, применение рационализации

Содержание

Логарифмы с переменным основанием и метод рационализации

Задание 16 проверяет умение решать сложные неравенства. Если основание логарифма зависит от xx, классический подход требует разбивать решение на два случая: когда основание больше единицы (знак сохраняется) и когда оно меньше единицы (знак меняется). Это долго, громоздко и ведёт к потере корней.

Здесь работает метод рационализации (метод замены множителей). Он позволяет в один шаг заменить логарифмический множитель на простые скобки, избавившись от разбора случаев. Приём нужно знать даже при обычных логарифмических неравенствах: он ускоряет решение и уменьшает шанс ошибиться.

Суть метода и основные формулы

Идея метода: не решай исходное неравенство напрямую, а замени его множители на рациональные выражения, которые на ОДЗ принимают ровно такие же знаки (плюс, минус или ноль) при тех же значениях xx. После замены остаётся обычное рациональное неравенство для метода интервалов.

Формально это выражается так: на области, где обе величины определены, выполняется тождество

sign⁡(log⁡ab)=sign⁡((a−1)(b−1))\operatorname{sign}\big(\log_a b\big) = \operatorname{sign}\big((a-1)(b-1)\big)

Значит, в произведении или дроби, сравниваемой с нулём, один множитель можно заменить на другой без потери равносильности. Справа обязательно должен стоять ноль, а слева - произведение или дробь из множителей.

Общий алгоритм решения

Примеры решения

Примеры идут от базового случая к ЕГЭ-уровню.

Пример 1. Одиночный логарифм

Реши неравенство:

log⁡x(3−2x)⩽1\log_x (3 - 2x) \leqslant 1
Пример 2. Дробь логарифмов, ЕГЭ-уровень

Реши неравенство:

log⁡x+2(x2−2x+2)log⁡x+2(4−x)⩽0\dfrac{\log_{x+2}(x^2 - 2x + 2)}{\log_{x+2}(4-x)} \leqslant 0
Пример 3. Произведение логарифмов

Реши неравенство:

log⁡x−1(5−x)⋅log⁡x−1(x+1)⩾0\log_{x-1}(5 - x) \cdot \log_{x-1}(x + 1) \geqslant 0

Частые ошибки

Что запомнить

  • Метод рационализации спасает от разбора случаев (основание больше или меньше единицы) и сокращает решение в 2-3 раза.

  • На ОДЗ знак log⁡ab\log_a b совпадает со знаком (a−1)(b−1)(a-1)(b-1). Это ключевое тождество, из которого выводятся все остальные формулы таблицы.

  • Замены работают только для множителей и только когда выражение сравнивается с нулём.

  • Частное log⁡ab/log⁡ac\log_a b / \log_a c (одно основание) заменяется на (b−1)/(c−1)(b-1)/(c-1) - множитель (a−1)2>0(a-1)^2 > 0 сокращается.

  • ОДЗ (a>0a > 0, a≠1a \neq 1, аргументы >0> 0, знаменатель ≠0\neq 0) выписывай до любых преобразований. Финальное пересечение с ОДЗ обязательно.

Стратегия на экзамене

За что дают баллы

В задании 16 можно заработать от 0 до 2 баллов:

  • 2 балла (максимум): обоснованно получен верный ответ. Правильно выписана ОДЗ, корректно применён метод рационализации, нет ошибок в методе интервалов, итоговое пересечение выполнено безупречно.

  • 1 балл: возможны две ситуации:

    1. Логика решения верна, но допущена ровно одна вычислительная ошибка (арифметика, сокращение). Решение доведено до конца.
    2. Ответ отличается от верного ровно одной точкой: включена выколотая точка (круглая скобка заменена квадратной) или наоборот, потеряна изолированная точка {x0}\{x_0\}.
  • 0 баллов: ОДЗ найдена неверно (например, забыто a≠1a \neq 1), метод рационализации применён к выражению, не сравниваемому с нулём, или допущена ошибка в свойствах логарифмов. Обрыв решения на полпути без итогового ответа также оценивается в 0 баллов.

Проверь себя
  1. На что заменяется множитель log⁡ab\log_a b при рационализации (на ОДЗ)?
  2. Чем заменяется дробь log⁡ablog⁡ac\dfrac{\log_a b}{\log_a c} (одно основание, на ОДЗ)?
  3. Когда можно применять замены метода рационализации?
  4. Какие условия входят в ОДЗ логарифма log⁡a(x)f(x)\log_{a(x)} f(x) с переменным основанием?