Как решать логарифмические уравнения: методы и примеры · Mathmaxing

Как решать логарифмические уравнения: методы и примеры

Пошагово решаем логарифмические уравнения, записываем ОДЗ, выбираем метод и проверяем корни без лишних формул.

Логарифмическое уравнение содержит неизвестную в аргументе или основании логарифма. Надёжный порядок решения: записать область допустимых значений, привести уравнение к знакомой форме, решить получившееся алгебраическое уравнение и проверить корни по исходным ограничениям.

Главный перевод следует из определения:

logaf(x)=bf(x)=ab,\log_a f(x)=b \quad\Longleftrightarrow\quad f(x)=a^b,

где a>0a>0, a1a\ne1 и f(x)>0f(x)>0.

Алгоритм решения

flowchart TD
  accTitle: Алгоритм решения логарифмического уравнения
  accDescr: Сначала записывают ограничения, затем упрощают логарифмы, решают обычное уравнение и проверяют найденные корни.
  A["Записать ОДЗ"] --> B["Выбрать свойство или перейти к степени"]
  B --> C["Решить алгебраическое уравнение"]
  C --> D["Отсеять корни вне ОДЗ"]
  D --> E["Проверить в исходной записи"]

ОДЗ — не формальность: логарифм определён только при положительном аргументе. Преобразования могут дать корень, при котором исходная запись не существует.

Метод 1. Перейти к степени

Решим

log3(2x1)=2.\log_3(2x-1)=2.

Сначала 2x1>02x-1>0, то есть x>1/2x>1/2. По определению логарифма:

2x1=32=9,2x=10,x=5.2x-1=3^2=9, \qquad 2x=10, \qquad x=5.

Число 55 входит в ОДЗ. Проверка: log3(251)=log39=2\log_3(2\cdot5-1)=\log_3 9=2.

Метод 2. Приравнять аргументы

Если основания одинаковы, логарифмическая функция принимает одно значение только при одном аргументе:

logaf(x)=logag(x)f(x)=g(x),\log_a f(x)=\log_a g(x) \quad\Longleftrightarrow\quad f(x)=g(x),

при условиях f(x)>0f(x)>0 и g(x)>0g(x)>0. Например,

log2(x+3)=log2(3x1).\log_2(x+3)=\log_2(3x-1).

ОДЗ требует x>3x>-3 и x>1/3x>1/3, вместе x>1/3x>1/3. Приравниваем аргументы: x+3=3x1x+3=3x-1, откуда x=2x=2. Корень допустим.

Важно: это работает при одинаковых основаниях. Из log2f(x)=log3g(x)\log_2f(x)=\log_3g(x) равенство аргументов не следует.

Метод 3. Собрать логарифмы

Решим

log2x+log2(x2)=3.\log_2x+\log_2(x-2)=3.

ОДЗ: x>0x>0 и x2>0x-2>0, значит x>2x>2. По свойству произведения:

log2(x(x2))=3.\log_2\bigl(x(x-2)\bigr)=3.

Переходим к степени и решаем:

x(x2)=8,x22x8=0,(x4)(x+2)=0.x(x-2)=8, \qquad x^2-2x-8=0, \qquad (x-4)(x+2)=0.

Алгебраические корни равны 44 и 2-2, но ОДЗ оставляет только x=4x=4. Проверка даёт log24+log22=2+1=3\log_2 4+\log_2 2=2+1=3.

Метод 4. Замена переменной

Если несколько раз встречается один логарифм, обозначьте его новой переменной:

(log2x)23log2x+2=0.(\log_2x)^2-3\log_2x+2=0.

Пусть t=log2xt=\log_2x. Тогда (t1)(t2)=0(t-1)(t-2)=0, поэтому t=1t=1 или t=2t=2. Возвращаемся к xx: x=21=2x=2^1=2 или x=22=4x=2^2=4. Оба числа положительны и подходят.

Когда основания разные

Иногда помогает переход к одному основанию. Например,

log2x+log4x=6.\log_2x+\log_4x=6.

Так как log4x=log2x/log24=12log2x\log_4x=\log_2x/\log_24=\frac12\log_2x, получаем 32log2x=6\frac32\log_2x=6. Значит, log2x=4\log_2x=4 и x=16x=16.

Частые ошибки

  • Не записать ОДЗ и оставить посторонний корень.
  • Применить несуществующее правило log(x+y)=logx+logy\log(x+y)=\log x+\log y.
  • Приравнять аргументы логарифмов с разными основаниями.
  • Разделить на выражение с неизвестной и потерять случай, когда оно равно нулю.
  • Проверить корень только в преобразованном, а не исходном уравнении.

Как выбрать метод

Если справа число — переходите к степени. Если по одному логарифму с каждой стороны и основания одинаковы — приравнивайте аргументы. Сумму или разность логарифмов одного основания попробуйте собрать. Повторяющийся logax\log_ax замените переменной. Этот порядок закрывает большинство базовых уравнений без перебора формул.

Читайте дальше