Як розв'язувати рівняння з невідомим ступенем. Показові рівняння

На етапі підготовки до заключного тестування учням старших класів необхідно підтягнути знання на тему «Показові рівняння». Досвід минулих років свідчить про те, що подібні завдання викликають у школярів певні труднощі. Тому старшокласникам, незалежно від рівня їх підготовки, необхідно ретельно засвоїти теорію, запам'ятати формули та зрозуміти принцип розв'язання таких рівнянь. Навчившись справлятися з цим видом завдань, випускники зможуть розраховувати на високі бали під час здачі ЄДІ з математики.

Готуйтеся до екзаменаційного тестування разом із «Шкілковим»!

При повторенні пройдених матеріалів багато учнів стикаються з проблемою пошуку необхідних вирішення рівнянь формул. Шкільний підручник не завжди знаходиться під рукою, а відбір необхідної інформації на тему в Інтернеті займає довгий час.

Освітній портал «Школкове» пропонує учням скористатися нашою базою знань. Ми реалізуємо новий метод підготовки до підсумкового тестування. Займаючись на нашому сайті, ви зможете виявити прогалини у знаннях та приділити увагу саме тим завданням, які викликають найбільші труднощі.

Викладачі «Школково» зібрали, систематизували та виклали весь необхідний для успішної здачі ЄДІ матеріал у максимально простій та доступній формі.

Основні визначення та формули представлені у розділі «Теоретична довідка».

Для кращого засвоєння матеріалу рекомендуємо попрактикуватися у виконанні завдань. Уважно перегляньте наведені на цій сторінці приклади показових рівнянь із рішенням, щоб зрозуміти алгоритм обчислення. Після цього починайте виконання завдань у розділі «Каталоги». Ви можете почати з найлегших завдань або одразу перейти до розв'язання складних показових рівнянь із кількома невідомими або . База вправ на нашому сайті постійно доповнюється та оновлюється.

Ті приклади з показниками, які викликали у вас складнощі, можна додати до «Вибраного». Так ви можете швидко знайти їх та обговорити рішення з викладачем.

Щоб успішно здати ЄДІ, займайтесь на порталі «Школкове» щодня!

Цей урок призначений для тих, хто починає вивчати показові рівняння. Як завжди, почнемо з визначення та найпростіших прикладів.

Якщо ви читаєте цей урок, то я підозрюю, що ви вже маєте хоча б мінімальне уявлення про найпростіші рівняння — лінійні та квадратні: $56x-11=0$; $((x)^(2))+5x+4=0$; $((x)^(2))-12x+32=0$ і т.д. Вміти вирішувати такі конструкції зовсім необхідно для того, щоб не «зависнути» у тій темі, про яку зараз йтиметься.

Отже, показові рівняння. Відразу наведу кілька прикладів:

\[((2)^(x))=4;\quad ((5)^(2x-3))=\frac(1)(25);\quad ((9)^(x))=- 3\]

Якісь з них можуть здатися вам складнішими, якісь, навпаки, надто простими. Але всіх їх поєднує одна важлива ознака: у їхньому записі присутня показова функція $f\left(x \right)=((a)^(x))$. Таким чином, введемо визначення:

Показове рівняння — це будь-яке рівняння, що містить показову функцію, тобто. вираз виду $((a)^(x))$. Крім зазначеної функції подібні рівняння можуть містити будь-які інші алгебраїчні конструкції - багаточлени, коріння, тригонометрію, логарифми і т.д.

Ну добре. З ухвалою розібралися. Тепер питання: як усю цю хрень вирішувати? Відповідь одночасно і проста, і складна.

Почнемо з хорошої новини: за своїм досвідом занять з безліччю учнів можу сказати, що більшості з них показові рівняння даються набагато легше, ніж ті ж логарифми і тим більше тригонометрія.

Але є й погана новина: іноді укладачів завдань для всіляких підручників та іспитів відвідує «натхнення», і їхній запалений наркотиками мозок починає видавати такі звірячі рівняння, що вирішити їх стає проблематично не лише учням — навіть багато вчителів на таких завданнях залипають.

Втім, не будемо про сумне. І повернемося до тих трьох рівнянь, які були наведені на самому початку розповіді. Спробуємо вирішити кожну з них.

Перше рівняння: $ ((2) ^ (x)) = 4 $. Ну і в яку міру треба звести число 2, щоб отримати число 4? Мабуть, у другу? Адже $ ((2) ^ (2)) = 2 \ cdot 2 = 4 $ - і ми отримали правильну числову рівність, тобто. дійсно $x = 2 $. Що ж, дякую, кеп, але це рівняння було настільки простим, що його вирішив би навіть мій кіт.

Подивимося на таке рівняння:

\[((5)^(2x-3))=\frac(1)(25)\]

А ось тут уже трохи складніше. Багато учнів знають, що $((5)^(2))=25$ це таблиця множення. Деякі також підозрюють, що $((5)^(-1))=\frac(1)(5)$ — це, по суті, визначення негативних ступенів (за аналогією з формулою $((a)^(-n))= \frac(1)(((a)^(n)))$).

Нарешті лише обрані здогадуються, що ці факти можна поєднувати і на виході отримати наступний результат:

\[\frac(1)(25)=\frac(1)(((5)^(2)))=((5)^(-2))\]

Таким чином, наше вихідне рівняння перепишеться так:

\[((5)^(2x-3))=\frac(1)(25)\Rightarrow ((5)^(2x-3))=((5)^(-2))\]

А ось це вже цілком вирішуване! Зліва в рівнянні стоїть показова функція, справа в рівнянні стоїть показова функція, нічого крім них ніде більше немає. Отже, можна «відкинути» підстави та тупо прирівняти показники:

Здобули найпростіше лінійне рівняння, яке будь-який учень вирішить буквально в пару рядків. Ну гаразд, у чотири рядки:

\[\begin(align)& 2x-3=-2 \\& 2x=3-2 \\& 2x=1 \\& x=\frac(1)(2) \\\end(align)\]

Якщо ви не зрозуміли, що зараз відбувалося в останніх чотирьох рядках, обов'язково поверніться в тему «лінійні рівняння» і повторіть її. Тому що без чіткого засвоєння цієї теми вам рано братися за показові рівняння.

\[((9)^(x))=-3\]

Ну, і як таке вирішувати? Перша думка: $9=3\cdot 3=((3)^(2))$, тому вихідне рівняння можна переписати так:

\[((\left(((3)^(2)) \right))^(x))=-3\]

Потім згадуємо, що при зведенні ступеня в рівень показники перемножуються:

\[((\left(((3)^(2)) \right))^(x))=((3)^(2x))\Rightarrow ((3)^(2x))=-(( 3) ^ (1)) \]

\[\begin(align)& 2x=-1 \\& x=-\frac(1)(2) \\\end(align)\]

І ось за таке рішення ми отримаємо чесно заслужену двійку. Бо ми з незворушністю покемона відправили знак мінус, що стоїть перед трійкою, в ступінь цієї трійки. А так робити не можна. І ось чому. Погляньте на різні ступені трійки:

\[\begin(matrix) ((3)^(1))=3& ((3)^(-1))=\frac(1)(3)& ((3)^(\frac(1)( 2)))=\sqrt(3) \\ ((3)^(2))=9& ((3)^(-2))=\frac(1)(9)& ((3)^(\ frac(1)(3)))=\sqrt(3) \\ ((3)^(3))=27& ((3)^(-3))=\frac(1)(27)& (( 3)^(-\frac(1)(2)))=\frac(1)(\sqrt(3)) \\\end(matrix)\]

Складаючи цю табличку, я вже як тільки не перекручувався: і позитивно розглянув, і негативні, і навіть дробові... ну і де тут хоч одне негативне число? Його нема! І не може бути, тому що показова функція $y=((a)^(x))$, по-перше, завжди набуває лише позитивних значень (скільки одиницю не помножуй або не поділи на двійку — все одно буде позитивне число), а по-друге, підстава такої функції - число $ a $ - за визначенням є позитивним числом!

Ну і як тоді розв'язувати рівняння $((9)^(x))=-3$? А ніяк: коріння немає. І в цьому сенсі показові рівняння дуже подібні до квадратних — там теж може не бути коріння. Але якщо у квадратних рівняннях кількість коренів визначається дискримінантом (дискримінант позитивний – 2 корені, негативний – немає коренів), то у показових все залежить від того, що стоїть праворуч від знака рівності.

Таким чином, сформулюємо ключовий висновок: найпростіше показове рівняння виду $ ((a) ^ (x)) = b $ має корінь тоді і тільки тоді, коли $ b> 0 $. Знаючи цей простий факт, ви легко визначите: є у запропонованого вам рівняння коріння чи ні. Тобто. чи варто взагалі його вирішувати чи одразу записати, що коріння немає.

Це знання ще неодноразово допоможе нам, коли доведеться вирішувати складніші завдання. А поки вистачить лірики — настав час вивчити основний алгоритм розв'язання показових рівнянь.

Як вирішувати показові рівняння

Отже, сформулюємо завдання. Необхідно вирішити показове рівняння:

\[((a)^(x))=b,\quad a,b>0\]

Згідно з «наївним» алгоритмом, за яким ми діяли раніше, необхідно представити число $b$ як ступінь числа $a$:

Крім того, якщо замість змінної $x$ стоятиме якийсь вираз, ми отримаємо нове рівняння, яке вже можна вирішити. Наприклад:

\[\begin(align)& ((2)^(x))=8\Rightarrow ((2)^(x))=((2)^(3))\Rightarrow x=3; \&((3)^(-x))=81\Rightarrow ((3)^(-x))=((3)^(4))\Rightarrow -x=4\Rightarrow x=-4; \\& ((5)^(2x))=125\Rightarrow ((5)^(2x))=((5)^(3))\Rightarrow 2x=3\Rightarrow x=\frac(3)( 2). \\end(align)\]

І як не дивно, ця схема працює приблизно у 90% випадків. А що тоді з рештою 10%? Інші 10% - це трохи «шизофренічні» показові рівняння виду:

\[((2)^(x))=3;\quad ((5)^(x))=15;\quad ((4)^(2x))=11\]

Ну і в яку міру треба звести 2, щоб отримати 3? В першу? А ось і ні: $ ((2) ^ (1)) = 2 $ - замало. По-друге? Теж ні: $ ((2) ^ (2)) = 4 $ - забагато. А в яку тоді?

Знаючі учні вже, напевно, здогадалися: у таких випадках, коли «красиво» вирішити не виходить, до справи підключається «важка артилерія» — логарифми. Нагадаю, що за допомогою логарифмів будь-яке позитивне число можна представити як ступінь будь-якого іншого позитивного числа (за винятком одиниці):

Пам'ятаєте цю формулу? Коли я розповідаю своїм учням про логарифми, то завжди попереджаю: ця формула (вона ж — основна логарифмічна тотожність або, якщо завгодно, визначення логарифму) переслідуватиме її дуже довго і «спливатиме» в найнесподіваніших місцях. Ну ось вона і випливла. Давайте подивимося на наше рівняння та на цю формулу:

\[\begin(align)& ((2)^(x))=3 \\& a=((b)^(((\log )_(b))a)) \\\end(align) \]

Якщо припустити, що $a=3$ — наше вихідне число, що стоїть праворуч, а $b=2$ — те саме підставу показової функції, якого ми хочемо привести праву частину, то отримаємо таке:

\[\begin(align)& a=((b)^(((\log )_(b))a))\Rightarrow 3=((2)^(((\log )_(2))3 )); \\& ((2)^(x))=3\Rightarrow ((2)^(x))=((2)^(((\log )_(2))3))\Rightarrow x=( (\log)_(2))3. \\end(align)\]

Отримали трохи дивну відповідь: $x=((\log )_(2))3$. У якомусь іншому завданні багато хто при такій відповіді засумнівався б і почав перевіряти ще раз своє рішення: раптом там десь закралася помилка? Поспішаю вас порадувати: жодної помилки тут немає, і логарифми в корінні показових рівнянь цілком типова ситуація. Так що звикайте.

Тепер вирішимо за аналогією два рівняння, що залишилися:

\[\begin(align)& ((5)^(x))=15\Rightarrow ((5)^(x))=((5)^(((\log )_(5))15)) \Rightarrow x=((\log )_(5))15; \\& ((4)^(2x))=11\Rightarrow ((4)^(2x))=((4)^(((\log )_(4))11))\Rightarrow 2x=( (\log )_(4))11\Rightarrow x=\frac(1)(2)((\log )_(4))11. \\end(align)\]

От і все! До речі, останню відповідь можна записати інакше:

Це ми внесли множник у аргумент логарифму. Але ніхто не заважає нам внести цей множник у основу:

При цьому всі три варіанти є правильними — це різні форми запису одного й того ж числа. Який із них вибрати та записати у цьому рішенні — вирішувати тільки вам.

Таким чином, ми навчилися вирішувати будь-які показові рівняння виду $((a)^(x))=b$, де числа $a$ та $b$ строго позитивні. Однак сувора реальність нашого світу така, що подібні прості завдання зустрічатимуться вам дуже і дуже рідко. Куди частіше вам траплятиметься щось на кшталт цього:

\[\begin(align)& ((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11; \&((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \&((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09. \\end(align)\]

Ну, і як таке вирішувати? Це взагалі можна вирішити? І якщо так, то як?

Без паніки. Всі ці рівняння швидко і просто зводяться до тих простих формул, які ми вже розглянули. Потрібно лише знати згадати кілька прийомів з курсу алгебри. Ну і звісно, ​​тут нікуди без правил роботи зі ступенями. Про все це я зараз розповім.:)

Перетворення показових рівнянь

Перше, що слід запам'ятати: будь-яке показове рівняння, яким би складним воно не було, так чи інакше має зводитися до найпростіших рівнянь — тих, які ми вже розглянули і які знаємо, як вирішувати. Іншими словами, схема розв'язання будь-якого показового рівняння виглядає так:

1. Записати вихідне рівняння. Наприклад: $((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11$;
2. Зробити якусь незрозумілу хрень. Або навіть кілька хрін, які називаються «перетворити рівняння»;
3. На виході отримати найпростіші вирази виду $ ((4) ^ (x)) = 4 $ або щось ще в такому дусі. Причому одне вихідне рівняння може давати відразу кілька таких виразів.

З першим пунктом все зрозуміло — записати рівняння на лист може навіть мій кіт. З третім пунктом також, начебто, більш-менш ясно — ми такі рівняння вже цілу пачку нарішували вище.

Але як бути із другим пунктом? Що за перетворення? Що на що перетворювати? І як?

Що ж, розбираймося. Насамперед, зазначу наступне. Усі показові рівняння поділяються на два типи:

1. Рівняння складено з показових функцій з одним і тим самим підставою. Приклад: $((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11$;
2. У формулі є показові функції з різними підставами. Приклади: $((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x))$ і $((100)^(x-1) ) \ cdot ((2,7) ^ (1-x)) = 0,09 $.

Почнемо з рівнянь першого типу - вони вирішуються найпростіше. І в їх вирішенні нам допоможе такий прийом, як виділення стійких виразів.

Виділення стійкого виразу

Давайте ще раз подивимося на це рівняння:

\[((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11\]

Що ми бачимо? Четвірка зводиться у різні ступені. Але всі ці ступені - прості суми змінної $x$ з іншими числами. Тому необхідно згадати правила роботи зі ступенями:

\[\begin(align)& ((a)^(x+y))=((a)^(x))\cdot ((a)^(y)); \\& ((a)^(x-y))=((a)^(x)):((a)^(y))=\frac(((a)^(x)))(((a )^(y))). \\end(align)\]

Простіше кажучи, складання показників можна перетворити на твір ступенів, а віднімання легко перетворюється на поділ. Спробуємо застосувати ці формули до ступенів нашого рівняння:

\[\begin(align)& ((4)^(x-1))=\frac(((4)^(x)))(((4)^(1)))=((4)^ (x)) cdot frac (1) (4); \\& ((4)^(x+1))=((4)^(x))\cdot ((4)^(1))=((4)^(x))\cdot 4. \ \\end(align)\]

Перепишемо вихідне рівняння з урахуванням цього факту, а потім зберемо всі складові зліва:

\[\begin(align)& ((4)^(x))+((4)^(x))\cdot \frac(1)(4)=((4)^(x))\cdot 4 -11; \\& ((4)^(x))+((4)^(x))\cdot \frac(1)(4)-((4)^(x))\cdot 4+11=0. \\end(align)\]

У перших чотирьох доданків присутній елемент $((4)^(x))$ — винесемо його за дужку:

\[\begin(align)& ((4)^(x))\cdot \left(1+\frac(1)(4)-4 \right)+11=0; \&((4)^(x))\cdot \frac(4+1-16)(4)+11=0; \\& ((4)^(x))\cdot \left(-\frac(11)(4) \right)=-11. \\end(align)\]

Залишилося розділити обидві частини рівняння на дріб $-\frac(11)(4)$, тобто. по суті помножити на перевернутий дріб — $-\frac(4)(11)$. Отримаємо:

\[\begin(align)& ((4)^(x))\cdot \left(-\frac(11)(4) \right)\cdot \left(-\frac(4)(11) \right )=-11\cdot \left(-\frac(4)(11) \right); \&((4)^(x))=4; \&((4)^(x))=((4)^(1)); \& x=1. \\end(align)\]

От і все! Ми звели вихідне рівняння до найпростішого та отримали остаточну відповідь.

При цьому в процесі рішення ми виявили (і навіть винесли за дужку) загальний множник $((4)^(x))$ це і є стійкий вираз. Його можна позначати за нову змінну, а можна просто акуратно висловити та отримати відповідь. У будь-якому випадку ключовий принцип рішення наступний:

Знайти у вихідному рівнянні стійкий вираз, що містить змінну, легко виділяється з усіх показових функцій.

Хороша новина полягає в тому, що практично кожне показове рівняння припускає виділення такого стійкого виразу.

Але є й погана новина: подібні висловлювання можуть виявитися дуже хитрими, і виділити їх досить складно. Тому розберемо ще одне завдання:

\[((5)^(x+2))+((0,2)^(-x-1))+4\cdot ((5)^(x+1))=2\]

Можливо, у когось зараз виникне питання: «Паша, ти що, обкурився? Тут різні підстави — 5 і 0,2». Але давайте спробуємо перетворити ступінь з основу 0,2. Наприклад, позбавимося десяткового дробу, привівши його до звичайного:

\[((0,2)^(-x-1))=((0,2)^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(2)(10) ) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)) )\]

Як бачите, число 5 все ж таки з'явилося, нехай і в знаменнику. Заодно переписали показник як негативного. А тепер згадуємо одне з найважливіших правил роботи зі ступенями:

\[((a)^(-n))=\frac(1)(((a)^(n)))\Rightarrow ((\left(\frac(1)(5) \right))^( -\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(5)(1) \right))^(x+1))=((5)^(x+1))\ ]

Тут я, звичайно, трохи злукавив. Тому що для повного розуміння формулу звільнення від негативних показників треба було записати так:

\[((a)^(-n))=\frac(1)(((a)^(n)))=((\left(\frac(1)(a) \right))^(n ))\Rightarrow ((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(5)(1) \) right))^(x+1))=((5)^(x+1))\]

З іншого боку, ніщо не заважало нам працювати з одним лише дробом:

\[((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(((5)^(-1))) right))^(-\left(x+1 \right)))=((5)^(\left(-1 \right)\cdot \left(-\left(x+1 \right) \right) ))=((5)^(x+1))\]

Але в цьому випадку потрібно вміти зводити ступінь до іншого ступеня (нагадаю: при цьому показники складаються). Зате не довелося перевертати дроби — можливо, для когось це буде простіше.

У будь-якому випадку вихідне показникове рівняння буде переписано у вигляді:

\[\begin(align)& ((5)^(x+2))+((5)^(x+1))+4\cdot ((5)^(x+1))=2; \&((5)^(x+2))+5\cdot ((5)^(x+1))=2; \&((5)^(x+2))+((5)^(1))\cdot ((5)^(x+1))=2; \&((5)^(x+2))+((5)^(x+2))=2; \& 2\cdot ((5)^(x+2))=2; \&((5)^(x+2))=1. \\end(align)\]

Ось і виходить, що вихідне рівняння вирішується навіть простіше, ніж раніше розглянуте: тут навіть не треба виділяти стійке вираз - все скоротилося. Залишилося лише згадати, що $1=((5)^(0))$, звідки отримаємо:

\[\begin(align)& ((5)^(x+2))=((5)^(0)); \& x+2=0; \& x=-2. \\end(align)\]

Ось і все рішення! Ми отримали остаточну відповідь: $x=-2$. При цьому хотілося б відзначити один прийом, який значно спростив нам усі викладки:

У показових рівняннях обов'язково позбавляйтеся десяткових дробів, переводьте їх у звичайні. Це дозволить побачити однакові підстави ступенів та значно спростить рішення.

Перейдемо тепер до складніших рівнянь, в яких є різні підстави, які взагалі не зводяться один до одного за допомогою ступенів.

Використання властивості ступенів

Нагадаю, що у нас є ще два особливо суворі рівняння:

\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \&((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09. \\end(align)\]

Основна складність тут - незрозуміло, що і до якої підстави спричинити. Де стійкі вирази? Де однакові підстави? Нічого цього нема.

Але спробуємо піти іншим шляхом. Якщо немає готових однакових підстав, їх можна спробувати знайти, розкладаючи основи на множники.

Почнемо з першого рівняння:

\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& 21=7\cdot 3\Rightarrow ((21)^(3x))=((\left(7\cdot 3 \right))^(3x))=((7)^(3x))\ cdot ((3) ^ (3x)). \\end(align)\]

Але ж можна поступити навпаки — скласти з чисел 7 і 3 число 21. Особливо це просто зробити ліворуч, оскільки показники обох ступенів однакові:

\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((\left(7\cdot 3 \right))^(x+ 6))=((21)^(x+6)); \&((21)^(x+6))=((21)^(3x)); \& x+6=3x; \&& 2x=6; \& x=3. \\end(align)\]

От і все! Ви винесли показник ступеня за межі твору і одразу отримали гарне рівняння, яке вирішується у кілька рядків.

Тепер розберемося з другим рівнянням. Тут все набагато складніше:

\[((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09\]

\[((100)^(x-1))\cdot ((\left(\frac(27)(10) \right))^(1-x))=\frac(9)(100)\]

В даному випадку дроби вийшли нескоротними, але якби щось можна було скоротити – обов'язково скорочуйте. Найчастіше при цьому з'являться цікаві підстави, з якими можна працювати.

А в нас, на жаль, нічого особливо не з'явилося. Натомість ми бачимо, що показники ступенів, що стоять у творі зліва, протилежні:

Нагадаю: щоб позбавитися знака «мінус» у показнику, досить просто «перевернути» дріб. Що ж, перепишемо вихідне рівняння:

\[\begin(align)& ((100)^(x-1))\cdot ((\left(\frac(10)(27) \right))^(x-1))=\frac(9 )(100); \\& ((\left(100\cdot \frac(10)(27) \right))^(x-1))=\frac(9)(100); \&((\left(\frac(1000)(27) \right))^(x-1))=\frac(9)(100). \\end(align)\]

У другому рядку ми просто винесли загальний показник з твору за дужку за правилом $((a)^(x))\cdot ((b)^(x))=((\left(a\cdot b \right))^ (x))$, а в останній просто помножили число 100 на дріб.

Тепер зауважимо, що числа, що стоять ліворуч (у підставі) і праворуч, чимось схожі. Чим? Та очевидно ж: вони є ступенями того самого числа! Маємо:

\[\begin(align)& \frac(1000)(27)=\frac(((10)^(3)))(((3)^(3)))=((\left(\frac() 10)(3) \right))^(3)); \\& \frac(9)(100)=\frac(((3)^(2)))(((10)^(3)))=((\left(\frac(3)(10) \right)) ^ (2)). \\end(align)\]

Таким чином, наше рівняння перепишеться так:

\[((\left(((\left(\frac(10)(3) \right))^(3)) \right))^(x-1))=((\left(\frac(3) )(10) \right))^(2))\]

\[((\left(((\left(\frac(10)(3) \right))^(3)) \right))^(x-1))=((\left(\frac(10) )(3) \right))^(3\left(x-1 \right)))=((\left(\frac(10)(3) \right))^(3x-3))\]

При цьому праворуч теж можна отримати ступінь з такою самою підставою, для чого досить просто «перевернути» дріб:

\[((\left(\frac(3)(10) \right))^(2))=((\left(\frac(10)(3) \right))^(-2))\]

Остаточно наше рівняння набуде вигляду:

\[\begin(align)& ((\left(\frac(10)(3) \right))^(3x-3))=((\left(\frac(10)(3) \right)) ^(-2)); \\& 3x-3=-2; \&& 3x=1; \& x=\frac(1)(3). \\end(align)\]

Ось і все рішення. Основна його ідея зводиться до того, що навіть за різних підстав ми намагаємося будь-якими правдами і неправдами звести ці підстави до того самого. У цьому нам допомагають елементарні перетворення рівнянь та правила роботи зі ступенями.

Але які правила та коли використовувати? Як зрозуміти, що в одному рівнянні потрібно ділити обидві сторони на щось, а в іншому – розкладати основу показової функції на множники?

Відповідь це питання прийде з досвідом. Спробуйте свої сили спочатку на простих рівняннях, а потім поступово ускладнюйте завдання — і дуже скоро ваших навичок буде достатньо, щоб вирішити будь-яке показове рівняння з тієї самої ЄДІ чи будь-якої самостійної/контрольної роботи.

А щоб допомогти вам у цій нелегкій справі, пропоную завантажити на моєму сайті комплект рівнянь для самостійного вирішення. До всіх рівнянь є відповіді, тому ви завжди зможете себе перевірити.

Приклади:

\(4^x=32\)
\(5^(2x-1)-5^(2x-3)=4,8\)
\((\sqrt(7))^(2x+2)-50\cdot(\sqrt(7))^(x)+7=0\)

Як вирішувати показові рівняння

При розв'язанні будь-яке показове рівняння ми прагнемо привести до вигляду \(a^(f(x))=a^(g(x))\), а потім зробити перехід до рівності показників, тобто:

\(a^(f(x))=a^(g(x))\) \(⇔\) \(f(x)=g(x)\)

Наприклад:\(2^(x+1)=2^2\) \(⇔\) \(x+1=2\)

Важливо! З тієї ж логіки випливають дві вимоги для такого переходу:
- число в ліворуч і праворуч має бути однаковим;
- ступеня ліворуч і праворуч мають бути «чистими»тобто не повинно бути ніяких множень, поділів і т.д.

Наприклад:

Для привиду рівняння до виду (a (f (x)) = a (g (x))) застосовуються і .

приклад . Розв'язати показове рівняння \(\sqrt(27)·3^(x-1)=((\frac(1)(3)))^(2x)\)
Рішення:

На канал на youtube нашого сайту сайт, щоб бути в курсі всіх нових уроків відео.

Для початку згадаємо основні формули ступенів та їх властивості.

Добуток числа aсаме на себе відбувається n разів, цей вираз ми можемо записати як a a … a = a n

1. a 0 = 1 (a ≠ 0)

3. a n a m = a n + m

4. (a n) m = a nm

5. a n b n = (ab) n

7. a n / a m = a n - m

Ступінні чи показові рівняння– це рівняння у яких змінні перебувають у ступенях (чи показниках), а основою є число.

Приклади показових рівнянь:

У цьому прикладі число 6 є підставою воно завжди стоїть внизу, а змінна xступенем чи показником.

Наведемо приклади показових рівнянь.
2 x *5=10
16 x - 4 x - 6 = 0

Тепер розберемо, як вирішуються показові рівняння?

Візьмемо просте рівняння:

2 х = 2 3

Такий приклад можна вирішити навіть у думці. Видно, що x = 3. Адже щоб ліва і права частина дорівнювали потрібно замість x поставити число 3.
А тепер подивимося як потрібно це рішення оформити:

2 х = 2 3
х = 3

Для того щоб вирішити таке рівняння, ми прибрали однакові підстави(тобто двійки) і записали те, що залишилося, це ступеня. Отримали відповідь.

Тепер підіб'ємо підсумки нашого рішення.

Алгоритм розв'язання показового рівняння:
1. Потрібно перевірити однаковічи підстави у рівняння праворуч і ліворуч. Якщо підстави не однакові, шукаємо варіанти для вирішення даного прикладу.
2. Після того, як підстави стануть однаковими, прирівнюємоступеня і вирішуємо отримане нове рівняння.

Тепер вирішуємо кілька прикладів:

Почнемо із простого.

Підстави в лівій і правій частині дорівнюють числу 2, отже ми можемо підставу відкинути і прирівняти їх ступеня.

x+2=4 Вийшло найпростіше рівняння.
x = 4 - 2
x=2
Відповідь: x=2

У прикладі видно, що підстави різні це 3 і 9.

3 3х - 9 х +8 = 0

Для початку переносимо дев'ятку праворуч, отримуємо:

Тепер потрібно зробити однакові підстави. Ми знаємо що 9 = 3 2 . Скористаємося формулою ступенів (a n) m = a nm.

3 3х = (3 2) х+8

Отримаємо 9 х+8 =(3 2) х+8 =3 2х+16

3 3х = 3 2х+16 тепер видно що у лівій і правій стороні основи однакові та рівні трійці, отже ми їх можемо відкинути та прирівняти ступеня.

3x=2x+16 отримали найпростіше рівняння
3x - 2x = 16
x=16
Відповідь: x = 16.

Дивимося такий приклад:

2 2х + 4 - 10 4 х = 2 4

Насамперед дивимося на підстави, підстави різні два та чотири. А нам треба, щоб були однакові. Перетворюємо четвірку за формулою (a n) m = a nm.

4 х = (2 2) х = 2 2х

І ще використовуємо одну формулу a n a m = a n + m:

2 2х+4 = 2 2х 2 4

Додаємо до рівняння:

2 2х 2 4 - 10 2 2х = 24

Ми навели приклад до однакових підстав. Але нам заважають інші числа 10 та 24. Що з ними робити? Якщо придивитися видно, що в лівій частині у нас повторюється 2 2х, ось і відповідь - 2 2х ми можемо винести за дужки:

2 2х (2 4 - 10) = 24

Порахуємо вираз у дужках:

2 4 — 10 = 16 — 10 = 6

Усі рівняння ділимо на 6:

Представимо 4 = 2 2:

2 2х = 2 2 основи однакові, відкидаємо їх і прирівнюємо ступеня.
2х = 2 вийшло найпростіше рівняння. Ділимо його на 2 отримуємо
х = 1
Відповідь: х = 1.

Розв'яжемо рівняння:

9 х - 12 * 3 х +27 = 0

Перетворюємо:
9 х = (3 2) х = 3 2х

Отримуємо рівняння:
3 2х - 12 3 х +27 = 0

Підстави у нас однакові рівні трьом. У даному прикладі видно, що у першої трійки ступінь у два рази (2x) більший, ніж у другої (просто x). У такому випадку можна вирішити методом заміни. Число з найменшим ступенем замінюємо:

Тоді 3 2х = (3 х) 2 = t 2

Замінюємо в рівнянні всі ступені з іксами на t:

t 2 - 12t + 27 = 0
Отримуємо квадратне рівняння. Вирішуємо через дискримінант, отримуємо:
D=144-108=36
t 1 = 9
t 2 = 3

Повертаємось до змінної x.

Беремо t 1:
t 1 = 9 = 3 х

Стало бути,

3 х = 9
3 х = 3 2
х 1 = 2

Один корінь знайшли. Шукаємо другий, з t 2:
t 2 = 3 = 3 х
3 х = 3 1
х 2 = 1
Відповідь: х 1 = 2; х 2 = 1.

На сайті Ви можете в розділі ДОПОМОЖІТЬ ВИРІШИТИ ставити запитання, що цікавлять, ми Вам обов'язково відповімо.

Вступайте до групи

Початковий рівень

Показові рівняння. Вичерпне керівництво (2019)

Вітання! Сьогодні ми обговоримо з тобою, як вирішувати рівняння, які можуть бути як елементарними (а я сподіваюся, що після прочитання цієї статті майже всі вони і будуть для тебе такими), так і такими, які зазвичай дають на засипку. Мабуть, щоби засипати остаточно. Але я постараюся зробити все можливе, щоб тепер ти не потрапив в халепу, зіткнувшись з таким типом рівнянь. Я не буду більше ходити навколо та навколо, а відразу відкрию маленький секрет: сьогодні ми займатимемося показовими рівняннями.

Перш ніж переходити до розбору способів їх вирішення, я одразу змалюю перед тобою коло питань (досить невелике), яке тобі варто повторити, перш ніж кидатися на штурм цієї теми. Отже, для отримання найкращого результату, будь ласка, повтори:

1. Властивості та
2. Рішення та рівнянь

Повторив? Чудово! Тоді тобі не важко помітити, що коренем рівняння є число. Ти зрозумів, як я це зробив? Правда? Тоді продовжуємо. Тепер дай відповідь мені на запитання, чому дорівнює в третьому ступені? Ти абсолютно правий: . А вісімка – це якийсь ступінь двійки? Правильно – третя! Тому що. Ну ось, тепер давай спробуємо вирішити таке завдання: Нехай я раз множу саме на себе число і отримую в результаті. Питається, скільки разів я помножив сам на себе? Ти, звичайно, можеш перевірити це безпосередньо:

\begin(align) & 2=2 \\ & 2\cdot 2=4 \\ & 2\cdot 2\cdot 2=8 \\ & 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2=16 \\ \end( align)

Тоді ти можеш зробити висновок, що я сам на себе множив рази. Як це ще можна перевірити? А ось як: безпосередньо за визначенням ступеня: . Але, погодься, якби я питав, скільки разів два треба помножити саме на себе, щоб отримати, скажімо, ти сказав би мені: я не морочитиму собі голову і множитиму сам на себе до посиніння. І був би абсолютно правий. Бо ти можеш записати всі дії коротко(а стислість - сестра таланту)

де - це і є ті самі «рази»коли ти множиш сам на себе.

Я думаю, що ти знаєш (а якщо не знаєш, терміново, дуже терміново повторюй ступеня!), що, тоді моє завдання запишеться у вигляді:

Звідки ти можеш зробити цілком виправданий висновок, що:

Ось так непомітно я записав найпростіше показове рівняння:

І навіть знайшов його корінь. Тобі не здається, що все зовсім очевидно? Ось і я думаю саме так само. Ось тобі ще один приклад:

Але що робити? Адже не можна записати у вигляді ступеня (розумного) числа. Давай не будемо впадати у відчай і зауважимо, що обидва ці числа чудово виражаються через ступінь одного і того ж числа. Якого? Правильно: . Тоді вихідне рівняння перетворюється на вид:

Звідки, як ти зрозумів, . Давай більше не тягтимемо і запишемо визначення:

У нашому випадку: .

Вирішуються ці рівняння зведенням їх до вигляду:

з наступним рішенням рівняння

Ми власне в попередньому прикладі це й робили: у нас вийшло, що. І ми вирішували з тобою найпростіше рівняння.

Начебто нічого складного, правда? Давай спочатку потренуємося на найпростіших приклади:

Ми знову бачимо, що праву та ліву частину рівняння потрібно подати у вигляді ступеня одного числа. Правда ліворуч це вже зроблено, а ось справа стоїть число. Але, нічого страшного, адже, і моє рівняння чудовим чином перетвориться на таке:

Чим мені довелося скористатися тут? Яким правилом? Правило «ступеня ступеня», Що говорить:

А що якщо:

Перш ніж відповісти на це питання, давай ми з тобою заповнимо таку табличку:

Нам не важко помітити, що чим менше, тим менше значення, але тим не менше, всі ці значення більше нуля. І ТАК БУДЕ ЗАВЖДИ!!! Це ж властивість справедливо ДЛЯ БУДЬ-ЯКОГО ПІДСТАВИ З БУДЬ-ЯКИМ ПОКАЗНИКОМ!! (для будь-яких та). Тоді який ми можемо зробити висновок про рівняння? А ось який: воно коріння не має! Як не має коріння і будь-яке рівняння. Тепер давай потренуємось і вирішуємо прості приклади:

Давай звірятися:

1. Тут від тебе нічого не потрібно, крім знання властивостей ступенів (які, до речі, я просив тебе повторити!) Як правило, всі призводять до найменшої основи: , . Тоді вихідне рівняння буде рівносильним наступному: Все, що мені потрібно - це скористатися властивостями ступенів: при множенні чисел з однаковими основами ступеня складаються, а при розподілі - віднімаються.Тоді я отримаю: Ну, а тепер зі спокійною совістю перейду від показового рівняння до лінійного: \begin(align)
& 2x+1+2(x+2)-3x=5 \\
& 2x+1+2x+4-3x=5 \\
& x = 0. \\
\end(align)

2. У другому прикладі треба бути уважнішими: біда вся в тому, що в лівій частині у нас ну ніяк не вийде уявити і у вигляді ступеня одного й того ж числа. У такому разі іноді корисно представляти числа у вигляді добутку ступенів з різними підставами, але однаковими показниками:

Ліва частина рівняння набуде вигляду: Що ж нам це дало? А ось що: Числа з різними основами, але однаковими показниками можна перемножувати.При цьому основи перемножуються, а показник не змінюється:

Щодо моєї ситуації це дасть:

\begin(align)
& 4\cdot ((64)^(x))((25)^(x))=6400, \\
& 4\cdot (((64\cdot 25))^(x))=6400, \\
& ((1600)^(x))=\frac(6400)(4), \\
& ((1600) ^ (x)) = 1600, \\
& x = 1. \\
\end(align)

Непогано, правда?

3. Я не люблю, коли у мене без особливої ​​потреби з одного боку рівняння стоять два доданки, а з іншого - жодного (іноді, звичайно, це виправдано, але зараз не такий випадок). Перенесу доданок з мінусом праворуч:

Тепер, як і раніше, запишу все через ступені трійки:

Складу ступеня зліва та отримаю рівносильне рівняння

Ти легко знайдеш його корінь:

4. Як і в прикладі три, складові з мінусом - місце у правій частині!

Зліва у мене майже все добре, крім чого? Так, мені заважає «неправильний ступінь» у двійки. Але я можу легко це виправити, записавши: . Еврика - зліва всі підстави різні, але всі ступені - однакові! Терміново перемножуємо!

Тут знову-таки все ясно: (якщо ти не зрозумів, яким чарівним чином я отримав останню рівність, відірвись на хвилину, перепочни і прочитай властивості ступеня ще раз дуже уважно. Хто казав, що можна пропускати ступінь з негативним показником? Ну от і я про те, що ніхто). Тепер я отримаю:

\begin(align)
& ((2)^(4\left((x) -9 \right)))=((2)^(-1)) \\
& 4((x) -9)=-1 \\
& x=\frac(35)(4). \\
\end(align)

Ось тобі завдання для тренування, до яких я лише наведу відповіді (але у «перемішаному» вигляді). Виріш їх, звірись, і ми з тобою продовжимо наші пошуки!

Готовий? Відповідіось такі:

1. будь-яке число

Ну гаразд, гаразд, я пожартував! Ось вам нариси рішень (деякі - дуже короткі!)

Тобі не здається невипадковим, що один дріб зліва - це «перевернутий» інший? Гріх цим не скористатиметься:

Це правило дуже часто використовується при вирішенні показових рівнянь, запам'ятай його добре!

Тоді вихідне рівняння стане таким:

Вирішивши це квадратне рівняння, ти отримаєш ось таке коріння:

2. Ще один прийом рішення: розподіл обох частин рівняння на вираз, що стоїть ліворуч (або праворуч). Розділю на те, що праворуч, тоді отримаю:

Звідки (чому?!)

3. навіть не хочу повторятися, настільки все вже «розжовано».

4. рівносильно квадратному рівнянню, коріння

5. Потрібно скористатися формулою, наведеною в першому завданні, тоді отримаєш, що:

Рівняння перетворилося на тривіальну тотожність, яка вірна за будь-якого. Тоді відповідь – це будь-яке дійсне число.

Ну що ж, ось ти й потренувався вирішувати найпростіші показові рівняння.Тепер я хочу тобі навести кілька прикладів життя, які допоможуть тобі зрозуміти, а для чого вони потрібні в принципі. Тут я наведу два приклади. Один з них цілком повсякденний, ну а інший - радше має науковий, ніж практичний інтерес.

Приклад 1 (меркантильний)Нехай у тебе є карбованців, а тобі хочеться перетворити його на карбованців. Банк пропонує тобі взяти у тебе ці гроші під річні з щомісячною капіталізацією відсотків (щомісячним нарахуванням). Постає питання, на скільки місяців потрібно відкрити вклад, щоб набрати потрібну кінцеву суму? Цілком приземлене завдання, чи не так? Проте її рішення пов'язане із побудовою відповідного показового рівняння: Нехай – початкова сума, – кінцева сума, – процентна ставка за період, – кількість періодів. Тоді:

У нашому випадку (якщо ставка річних, то за місяць нараховують). А чому ділиться на? Якщо не знаєш відповіді на це запитання, згадуй тему «»! Тоді ми отримаємо таке рівняння:

Дане показове рівняння вже можна вирішити лише за допомогою калькулятора (його зовнішній вигляд на це натякає, причому для цього потрібне знання логарифмів, з якими ми познайомимося трохи пізніше), що я й зроблю: … Таким чином, для отримання млн. нам потрібно зробити внесок на місяць (не дуже швидко, чи не так?).

Приклад 2 (скоріше науковий).Незважаючи на його, деяку «відірваність», рекомендую тобі звернути на нього увагу: він регулярно «прослизає в ЄДІ!! (Завдання взято з «реального» варіанта) У ході розпаду радіоактивного ізотопу його маса зменшується за законом, де (мг) - початкова маса ізотопу, (мін.) - Час, що пройшов від початкового моменту, (мін.) - період напіврозпаду. У початковий час маса ізотопу мг. Період його напіврозпаду мін. Через скільки хвилин маса ізотопу дорівнюватиме мг? Нічого страшного: просто беремо і підставляємо всі дані у запропоновану нам формулу:

Розділимо обидві частини на, «в надії», що зліва ми отримаємо що-небудь зручне:

Ну що ж, нам дуже пощастило! Ліворуч стоїть, тоді перейдемо до рівносильного рівняння:

Звідки хв.

Як бачиш, показові рівняння мають цілком реальний додаток на практиці. Тепер я хочу розібрати з тобою ще один (нехитрий) спосіб розв'язання показових рівнянь, який ґрунтується на винесенні загального множника за дужки з наступним угрупованням доданків. Не лякайся моїх слів, ти вже стикався з цим методом у 7 класі, коли вивчав багаточлени. Наприклад, якщо тобі потрібно було розкласти на множники вираз:

Давай згрупуємо: перший і третій доданок, а також другий і четвертий. Зрозуміло, що перше і третє - це різниця квадратів:

а друге та четверте мають загальний множник трійку:

Тоді вихідний вираз рівносильний такому:

Звідки винести загальний множник вже не важко:

Отже,

Ось приблизно таким чином ми й чинитимемо при вирішенні показових рівнянь: шукати «спільність» серед доданків і виносити її за дужки, ну а потім - будь що буде, я вірю, що нам везти =)) Наприклад:

Праворуч стоїть далеко не ступінь сімки (я перевіряв!) Та й ліворуч – трохи краще, можна, звичайно, «відтяпати» від першого доданку множник а від другого, а потім уже розбиратися з отриманим, але давай з тобою вчинимо розумніше. Я не хочу мати справу з дробами, які неминуче утворюються при «виділенні», то чи не краще мені винести? Тоді дробів у мене не буде: як то кажуть, і вовки ситі, і вівці цілі:

Порахуй вираз у дужках. Чарівним, магічним чином виходить, що (дивно, хоч чого нам ще чекати?).

Тоді скоротимо обидві частини рівняння цей множник. Отримаємо: , звідки.

Ось приклад складніший (зовсім небагато, щоправда):

Ось біда! У нас тут немає однієї спільної підстави! Не зовсім ясно, що тепер робити. А давай зробимо, що зможемо: по-перше, перенесемо «четвірки» в один бік, а «п'ятірки» в інший:

Тепер давай винесемо «загальне» ліворуч і праворуч:

Ну і що тепер? У чому вигода від такого безглуздого угруповання? На перший погляд вона зовсім не видно, проте давай глянемо глибше:

Ну а тепер зробимо так, щоб ліворуч у нас був тільки вираз с, а праворуч – все інше. Як це зробити? А ось як: Розділити обидві частини рівняння спочатку на (так ми позбудемося ступеня праворуч), а потім розділимо обидві частини на (так ми позбудемося числового множника зліва). Остаточно отримаємо:

Неймовірно! Зліва у нас стоїть вираз, а праворуч – просто. Тоді відразу робимо висновок, що

Ось тобі ще один приклад на закріплення:

Я наведу його коротке рішення (не особливо обтяжуючи себе поясненнями), постарайся сам розібратися у всіх тонкощах рішення.

Тепер підсумкове закріплення пройденого матеріалу. Постарайся самостійно вирішити такі завдання. Я лише наведу короткі рекомендації та поради до їх вирішення:

1. Винесемо загальний множник за дужки:
2. Перше вираз представимо у вигляді: , Розділимо обидві частини на і отримаємо, що
3. , Тоді вихідне рівняння перетворюється на вигляд: Ну а тепер підказка - шукай, де ми з тобою вже вирішували це рівняння!
4. Уяви як, як, а, ну а потім поділи обидві частини на, так ти отримаєш найпростіше показове рівняння.
5. Винеси за дужки.
6. Винеси за дужки.

ПОКАЗНІ РІВНЯННЯ. СЕРЕДНІЙ РІВЕНЬ

Я припускаю, що після ознайомлення з першою статтею, в якій розповідалося що таке показові рівняння та як їх вирішуватити опанував необхідним мінімумом знань, необхідних для вирішення найпростіших прикладів.

Тепер я розберу ще один метод розв'язання показових рівнянь, це

метод введення нової змінної (або заміни).Їм вирішується більшість «важких» завдань, на тему показові рівняння (і не лише рівняння). Цей метод - одне із найчастіше вживаних практично. Спочатку рекомендую ознайомитися з темою.

Як ти вже зрозумів з назви, суть цього методу – запровадити таку заміну змінної, що твоє показове рівняння чудовим чином перетвориться на таке, яке ти вже легко можеш вирішити. Все що тобі залишиться після вирішення цього «спрощеного рівняння» - це зробити «зворотну заміну»: тобто повернутися від заміненого до замінного. Давай проілюструємо щойно сказане дуже простому прикладі:

Приклад 1:

Це рівняння вирішується за допомогою «простої заміни», як її зневажливо називають математикою. Справді, заміна тут – найочевидніша. Варто лише побачити, що

Тоді вихідне рівняння перетвориться на таке:

Якщо ж додатково уявити як, то цілком ясно, що треба замінювати: звичайно ж, . На що тоді перетвориться вихідне рівняння? А ось у що:

Ти без проблем самостійно знайдеш його коріння: . Що нам робити тепер? Настав час повертатися до вихідної змінної. А що я забув вказати? Саме: при заміні деякою мірою на нову змінну (тобто при заміні виду) мене цікавитимуть тільки позитивне коріння!Ти й сам легко відповиш, чому. Таким чином, нас з тобою не цікавить, а ось друге коріння нам цілком підходить:

Тоді звідки.

Відповідь:

Як бачиш, у попередньому прикладі заміна так і просилася до нас у руки. На жаль, так буває далеко не завжди. Однак, давай не переходитимемо відразу до сумного, а потренуємося ще на одному прикладі з досить простою заміною

приклад 2.

Ясно, що швидше за все замінювати доведеться (це найменша зі ступенів, що входить до нашого рівняння), проте перш ніж вводити заміну, наше рівняння потрібно до неї «підготувати», а саме: , . Тоді можна замінювати, в результаті я отримаю наступний вираз:

Про страх: кубічне рівняння з абсолютно страшними формулами його вирішення (якщо говорити в загальному вигляді). Але давай не будемо відразу зневірятися, а подумаємо, що нам робити. Я запропоную шахрайство: ми знаємо, що для отримання «красивої» відповіді, нам потрібно отримати у вигляді певної міри трійки (з чого б це, а?). А давай спробуємо вгадати хоча б один корінь нашого рівняння (я почну гадати зі ступенів трійки).

Перше припущення. Не є коренем. На жаль і ах...

.
Ліва частина дорівнює.
Права частина: !
Є! Вгадали перший корінь. Тепер справа піде легше!

Ти знаєш про схему поділу «куточком»? Звичайно, знаєш, ти застосовуєш її, коли ділиш одне число на інше. Але мало хто знає, що те саме можна робити і з багаточленами. Є одна чудова теорема:

Стосовно моєї ситуації це говорить мені про те, що ділиться без залишку на. Як же здійснюється поділ? А ось як:

Я дивлюся, на який одночлен я повинен примножити, щоб отримати Ясно, що на, тоді:

Віднімаю отриманий вираз, отримаю:

Тепер на що мені потрібно примножити, щоб отримати? Ясно, що на, тоді отримаю:

і знову відніму отриманий вираз із того, що залишилося:

Ну і останній крок, домножу на, і відніму з виразу, що залишився:

Ура, розподіл закінчено! Що ми накопичили у приватному? Само собою: .

Тоді отримали таке розкладання вихідного многочлена:

Розв'яжемо друге рівняння:

Воно має коріння:

Тоді вихідне рівняння:

має три корені:

Останній корінь ми, звичайно, відкинемо, оскільки він менший за нуль. А перші два після зворотної заміни дадуть нам два корені:

Відповідь: ..

Цим прикладом я аж ніяк не хотів налякати тебе, скоріше я ставив за мету показати, що хоч у нас була досить проста заміна, проте вона призвела до досить складного рівняння, рішення якого зажадало від нас деяких особливих навичок. Що ж, від цього ніхто не застрахований. Проте заміна в даному випадку була досить очевидною.

Ось приклад із дещо менш очевидною заміною:

Цілком не зрозуміло, що нам робити: проблема в тому, що в нашому рівнянні дві різні підстави і одна підстава не виходить з іншого зведенням у будь-який (розумний, природно) ступінь. Однак що ми бачимо? Обидва підстави - відрізняються лише знаком, які твір - є різниця квадратів, рівна одиниці:

Визначення:

Таким чином, числа, що є підставами в нашому прикладі, - пов'язані.

У такому разі розумним кроком буде домножити обидві частини рівняння на сполучене число.

Наприклад, тоді ліва частина рівняння стане рівна, а права. Якщо зробити заміну, то наше з тобою вихідне рівняння стане таким:

його коріння, тоді, а пам'ятаючи, що отримаємо, що.

Відповідь: , .

Як правило, методу заміни виявляється достатньо для вирішення більшості «шкільних» показових рівнянь. Наступні завдання взято з ЄДІ С1 (підвищений рівень складності). Ти вже досить грамотний для того, щоб самостійно вирішувати ці приклади. Я лише наведу необхідну заміну.

1. Розв'яжіть рівняння:
2. Знайдіть коріння рівняння:
3. Розв'яжіть рівняння: . Знайдіть усі корені цього рівняння, що належать відрізку:

А тепер короткі пояснення та відповіді:

1. Тут нам достатньо помітити, що в. Тоді вихідне рівняння буде еквівалентне ось такому: Дане рівняння вирішується заміною Подальші викладки зроби самостійно. Наприкінці твоє завдання зведеться до вирішення найпростіших тригонометричних (залежних від синуса чи косинуса). Вирішення подібних прикладів ми розберемо в інших розділах.
2. Тут навіть можна обійтися без заміни: достатньо перенести віднімається вправо і уявити обидва підстави через ступені двійки: , а потім відразу перейти до квадратного рівняння.
3. Третє рівняння теж вирішується досить стандартно: уявімо як. Тоді замінивши отримаємо квадратне рівняння: тоді,

   Адже ти вже знаєш, що таке логарифм? Ні? Тоді терміново читай тему!

   Перший корінь, очевидно, не належить відрізку, а другий - незрозуміло! Але ми це дуже скоро дізнаємось! Так, то (це властивість логарифму!) Порівняємо:

   Віднімемо з обох частин, тоді отримаємо:

   Ліву частину можна представити у вигляді:

   домножимо обидві частини на:

   можна примножити на, тоді

   Тоді порівняємо:

   оскільки, то:

   Тоді друге коріння належить шуканому проміжку

   Відповідь:

Як бачиш, відбір коренів показових рівнянь потребує досить глибокого знання властивостей логарифмівтак що я раджу тобі бути якомога уважніше, коли вирішуєш показові рівняння. Як ти розумієш, у математиці все взаємопов'язане! Як казала моя вчителька з математики: «математику, як історію, за ніч не прочитаєш».

Як правило, всю складність під час вирішення завдань С1 становить саме відбір коренів рівняння.Давай потренуємося ще на одному прикладі:

Зрозуміло, що саме рівняння вирішується досить легко. Зробивши заміну ми зведемо наше вихідне рівняння до наступного:

Спочатку давай розглянемо перший корінь. Порівняємо і: оскільки, то. (Властивість логарифмічної функції, за умови). Тоді ясно, що перший корінь не належить нашому проміжку. Тепер другий корінь: . Зрозуміло, що (оскільки функція при - зростаюча). Залишилося порівняти в.

тому що, то, в той же час. Таким чином, я можу «вбити кілочок» між і. Цим кілочком є ​​число. Перше вираз менше, а друге – більше. Тоді друге вираз більше першого і корінь належить проміжку.

Відповідь: .

На завершення давай розглянемо ще один приклад рівняння, де заміна досить нестандартна:

Давай одразу почнемо з того, що робити можна, а що – в принципі можна, але краще не робити. Можна - уявити все через ступені трійки, двійки та шістки. До чого це призведе? Та ні до чого і не приведе: мішанина ступенів, причому деяких буде досить складно позбутися. А що ж тоді потрібне? І що нам це дасть? А те, що ми можемо звести рішення цього прикладу до вирішення досить простого показового рівняння! Спочатку давай перепишемо наше рівняння у вигляді:

Тепер розділимо обидві частини рівняння на:

Евріка! Тепер можна замінювати, отримаємо:

Ну що тепер твоя черга вирішувати завдання на показові, а я приведу до них лише короткі коментарі, щоб ти не збився з вірного шляху! Успіхів!

1. Найважча! Заміну тут побачити ох як негелко! Проте цей приклад цілком вирішуємо за допомогою виділення повного квадрата. Для його вирішення достатньо зауважити, що:

Тоді ось тобі і заміна:

(Зверни увагу, що тут за нашої заміни ми не можемо відкидати негативний корінь!!! А чому, як ти думаєш?)

Тепер для вирішення прикладу тобі залишилося вирішити два рівняння:

Обидва вони вирішуються "стандартною заміною" (натомість другий в одному прикладі!)

2. Зауваж, що й зроби заміну.

3. Розклади число на взаємно-прості співмножники і спрости отриманий вираз.

4. Поділи чисельник і знаменник дробу на (або, якщо тобі так більше до душі) і зроби заміну або.

5. Зауваж, що числа і - сполучені.

ПОКАЗНІ РІВНЯННЯ. ПРОСУНУТИЙ РІВЕНЬ

На додаток давай розглянемо ще один спосіб - розв'язання показових рівнянь методом логарифмування. Не можу сказати, що вирішення показових рівнянь цим методом дуже популярне, проте в деяких випадках тільки він здатний привести нас до правильного вирішення нашого рівняння. Особливо часто він використовується для вирішення так званих « змішаних рівнянь»: тобто таких, де трапляються функції різного виду.

Наприклад, рівняння виду:

у загальному випадку можна вирішити лише логарифмуванням обох частин (наприклад на підставі), при якому вихідне рівняння перетвориться на наступне:

Давай розглянемо наступний приклад:

Ясно, що за ОДЗ логарифмічної функції нас цікавлять тільки. Проте, це випливає не лише з ОДЗ логарифму, а ще з однієї причини. Я думаю, що тобі не буде важко вгадати, за якою саме.

Давай прологарифмуємо обидві частини нашого рівняння на підставі:

Як бачиш, логарифмування нашого вихідного рівняння досить швидко призвело до правильної (і красивої!) відповіді. Давай потренуємося ще на одному прикладі:

Тут теж немає нічого страшного: прологарифмуємо обидві сторони рівняння на підставі, тоді отримаємо:

Зробимо заміну:

Однак, ми дещо пропустили! Ти помітив, де я промахнувся? Адже тоді:

що не задовольняє вимогу (подумай, звідки вона взялася!)

Відповідь:

Спробуй самостійно записати рішення показових рівнянь наведених нижче:

А тепер звір своє рішення з цим:

1. Логарифмуємо обидві частини на підставі, враховуючи, що:

(другий корінь нам не підходить через заміну)

2. Логарифмуємо на підставі:

Перетворимо отриманий вираз до такого виду:

ПОКАЗНІ РІВНЯННЯ. КОРОТКИЙ ОПИС І ОСНОВНІ ФОРМУЛИ

Показове рівняння

Рівняння виду:

називається найпростішим показовим рівнянням.

Властивості ступенів

Підходи до вирішення

• Приведення до однакової основи
• Приведення до однакового показника ступеня
• Заміна змінної
• Спрощення виразу та застосування одного з вищеназваних.