Показательные неравенства
Содержание
Показательные неравенства (Задание 16)
Задание 16 проверяет умение решать сложные неравенства. Показательные неравенства - вторая по частоте тема этого номера (около трети всех задач). Их главная особенность - неизвестная стоит в показателе степени, а в самом примере часто намешаны дроби, многочлены и разные основания.
Для успешного решения нужно уверенно владеть свойствами степеней, методом замены переменной и обобщённым методом интервалов.
Основные формулы
Любое показательное неравенство опирается на свойства степеней и правило монотонности показательной функции.
Алгоритм решения
Все показательные неравенства на ЕГЭ сводятся к двум основным сценариям: замена переменной (когда основание одно) или разложение на множители (когда оснований несколько или есть алгебраическая часть).
Если в неравенстве одновременно присутствуют многочлены от и показательные выражения (например, числитель показательный, а знаменатель алгебраический), замена не сработает - нужен обобщённый метод интервалов:
- Разложи числитель и знаменатель на множители (часто помогает группировка: ).
- Найди нули числителя (закрашенные точки) и нули знаменателя (выколотые точки).
- Нанеси их на ось в правильном порядке. Если среди нулей есть , оцени его значение через простые степени.
- Определи знак всего выражения на крайнем правом интервале, подставив большое число. На остальных интервалах знак чередуется (при условии, что все множители входят в первой степени).
Примеры решения
Разберём три задачи от простых алгоритмичных к более комплексным.
Решите неравенство:
Ограничения и замена
Ограничения. Знаменатели исходного неравенства не равны нулю: и , то есть и . Эти ограничения учтутся выколотыми точками на оси .
Сделаем замену переменной . Так как показательная функция всегда положительна, . Неравенство принимает вид:
Приводим к общему знаменателю
Перенесём всё в левую часть и приведём к общему знаменателю:
Вынесем двойку в числителе (положительный множитель на знак дроби не влияет, можно просто отбросить):
Метод интервалов
Решим методом интервалов относительно . Нули числителя: (закрашенная точка). Нули знаменателя: , (выколотые точки).
Так как по условию замены , выражение всегда положительно. Значит, знак дроби зависит только от знаменателя. Точка лежит левее нуля - не рассматриваем её.
Получаем два интервала для :
Обратная замена
Выполняем обратную замену . Левую часть писать не нужно - это выполняется при любых . Основание , знак сохраняется:
Ответ: .
Решите неравенство:
Ограничения и приведение к одному основанию
Ограничение. Знаменатель не равен нулю: , то есть .
Преобразуем степени: . Перенесём влево:
Замена и общий знаменатель
Введём замену , :
Приведём к общему знаменателю:
Исследуем числитель
Исследуем числитель . Дискриминант: . Так как и старший коэффициент положителен (), парабола целиком лежит над осью абсцисс. Значит, выражение строго больше нуля при любых значениях .
Раз числитель всегда положителен, вся дробь неотрицательна тогда и только тогда, когда знаменатель строго больше нуля (ноль даёт деление на ноль):
Обратная замена
Обратная замена. Основание , знак сохраняется:
Условие выполнено автоматически (строгое неравенство).
Ответ: .
Решите неравенство:
Ограничения
В этом неравенстве есть и показательные, и алгебраические функции. Замену сделать не получится, поэтому раскладываем на множители числитель и знаменатель по отдельности.
Ограничения. Знаменатель не равен нулю: , то есть и .
Раскладываем на множители
Разложим числитель. Используем и сгруппируем:
Найдём нули числителя:
Разложим знаменатель. По теореме Виета корни уравнения равны и . Значит, .
Сборка. Исходное неравенство приняло вид:
Порядок точек на оси
Порядок точек на оси. Для метода интервалов оцениваем логарифмы через простые степени:
-
: из и видно, что .
-
: из и видно, что .
Порядок слева направо: .
Определяем знаки и отбираем интервалы
Определим знаки. Возьмём число из крайнего правого интервала, например :
Всё положительно - знак крайнего правого интервала «». При переходе через каждую из четырёх точек знак дроби меняется (все множители в первой степени).
Расставляем слева направо: , , , , . Нужны интервалы со знаком (минусы + нули числителя).
Ответ: .
Частые ошибки
Что запомнить
-
Своди все степени к одному основанию (если это замена) или группируй (если оснований два).
-
При замене всегда прописывай . Это спасёт от лишней работы с посторонними корнями.
-
Если квадратный трёхчлен после замены имеет , он всегда сохраняет знак старшего коэффициента (обычно положителен, значит весь трёхчлен ).
-
Дробное неравенство с показателями решается так же, как обычное рациональное - обобщённым методом интервалов.
-
Логарифмы - полноправные числа. Если корень получается в виде , не пугайся. Главное - верно оценить его примерное значение, чтобы поставить на числовую прямую.
-
Перед заменой выписывай ОДЗ исходного неравенства (знаменатели ). Иначе потеряешь выколотые точки.
Стратегия на экзамене
За что дают баллы
Задание 16 оценивается максимум в 2 балла:
-
2 балла. Обоснованно получен верный ответ. Логика решения корректна, все ограничения учтены.
-
1 балл. Одна из двух ситуаций:
- Допущена ровно одна вычислительная ошибка (ошибка в арифметике при верной логике алгоритма), решение с этой ошибкой доведено до конца.
- Ответ отличается от верного ровно одной точкой (например, выколотая точка записана как закрашенная из-за нуля знаменателя, либо потерян изолированный корень числителя).
-
0 баллов. Любая логическая ошибка: не поменял знак при основании , не учёл ограничение , потерял нули знаменателя, ошибся в свойствах степеней. Также 0 баллов, если ответ отличается от верного более чем на одну точку или записан без обоснования.
Потеря одной скобки - это всё ещё 1 балл из 2. Но две потерянные точки - уже 0. Проверяй границы!
- Как меняется знак неравенства при переходе от к показателям?
- Какое ограничение обязательно указать при замене ?
- Со знаком какого выражения совпадает знак разности ?
- Квадратный трёхчлен имеет . Что это значит?