Tabela metod rozwiązywania nierówności wykładniczych z przykładami. Kalkulator internetowy. Rozwiązywanie nierówności: liniowej, kwadratowej i ułamkowej

Już od czasów starożytnych konieczne było porównywanie ilości i ilości przy rozwiązywaniu problemów praktycznych. Jednocześnie pojawiły się słowa takie jak coraz mniej, wyżej i niżej, lżej i ciężej, ciszej i głośniej, taniej i drożej itp., oznaczające wyniki porównywania jednorodnych wielkości.

Pojęcia więcej i mniej powstały w związku z liczeniem obiektów, mierzeniem i porównywaniem ilości. Na przykład matematycy starożytnej Grecji wiedzieli, że bok dowolnego trójkąta jest mniejszy od sumy dwóch pozostałych boków i że większy bok leży naprzeciw większego kąta w trójkącie. Archimedes, obliczając obwód, ustalił, że obwód dowolnego koła jest równy trzykrotności średnicy z nadmiarem mniejszym niż jedna siódma średnicy, ale większym niż dziesięć siedemdziesiąt razy średnicy.

Zapisz symbolicznie relacje między liczbami i wielkościami, używając znaków > i b. Zapisy, w których dwie liczby są połączone jednym ze znaków: > (większy niż), Z nierównościami liczbowymi spotkałeś się także w klasach niższych. Wiesz, że nierówności mogą być prawdziwe lub fałszywe. Na przykład \(\frac(1)(2) > \frac(1)(3)\) jest poprawną nierównością numeryczną, 0,23 > 0,235 jest niepoprawną nierównością liczbową.

Nierówności z niewiadomymi mogą być prawdziwe dla niektórych wartości niewiadomych i fałszywe dla innych. Na przykład nierówność 2x+1>5 jest prawdziwa dla x = 3, ale fałszywa dla x = -3. W przypadku nierówności z jedną niewiadomą możesz ustawić zadanie: rozwiązać nierówność. Problemy rozwiązywania nierówności w praktyce stawiane są i rozwiązywane nie rzadziej niż problemy rozwiązywania równań. Na przykład wiele problemów ekonomicznych sprowadza się do badania i rozwiązywania systemów nierówności liniowych. W wielu gałęziach matematyki nierówności są częstsze niż równania.

Niektóre nierówności służą jako jedyny pomocniczy sposób udowodnienia lub obalenia istnienia określonego obiektu, na przykład pierwiastka równania.

Nierówności numeryczne

Można porównywać liczby całkowite i ułamki dziesiętne. Zna zasady porównywania ułamków zwykłych o tych samych mianownikach, ale różnych licznikach; o tych samych licznikach, ale różnych mianownikach. Tutaj dowiesz się, jak porównać dwie dowolne liczby, znajdując znak ich różnicy.

Porównywanie liczb jest szeroko stosowane w praktyce. Na przykład ekonomista porównuje zaplanowane wskaźniki z rzeczywistymi, lekarz porównuje temperaturę pacjenta z normalną, tokarz porównuje wymiary obrabianej części ze standardem. We wszystkich takich przypadkach niektóre liczby są porównywane. W wyniku porównywania liczb powstają nierówności numeryczne.

Definicja. Liczba a jest większa od liczby b, jeśli różnica a-b jest dodatnia. Liczba a jest mniejsza niż liczba b, jeśli różnica a-b jest ujemna.

Jeżeli a jest większe od b, to piszą: a > b; jeśli a jest mniejsze od b, to piszą: a Zatem nierówność a > b oznacza, że ​​różnica a - b jest dodatnia, tj. a - b > 0. Nierówność a Dla dowolnych dwóch liczb aib, z trzech poniższych relacji a > b, a = b, a Porównanie liczb aib oznacza sprawdzenie, który ze znaków >, = lub Twierdzenie. Jeśli a > b i b > c, to a > c.

Twierdzenie. Jeśli do obu stron nierówności dodamy tę samą liczbę, znak nierówności nie ulegnie zmianie.
Konsekwencja. Każdy wyraz można przenieść z jednej części nierówności do drugiej, zmieniając znak tego wyrazu na przeciwny.

Twierdzenie. Jeżeli obie strony nierówności pomnożymy przez tę samą liczbę dodatnią, to znak nierówności nie ulegnie zmianie. Jeśli obie strony nierówności zostaną pomnożone przez tę samą liczbę ujemną, wówczas znak nierówności zmieni się na przeciwny.
Konsekwencja. Jeśli obie strony nierówności podzielimy przez tę samą liczbę dodatnią, to znak nierówności nie ulegnie zmianie. Jeżeli obie strony nierówności podzielimy przez tę samą liczbę ujemną, wówczas znak nierówności zmieni się na przeciwny.

Wiesz, że równości liczbowe można dodawać i mnożyć wyraz po wyrazie. Następnie dowiesz się, jak wykonywać podobne działania z nierównościami. W praktyce często wykorzystuje się umiejętność dodawania i mnożenia nierówności wyraz po wyrazie. Działania te pomagają rozwiązać problemy oceny i porównania znaczeń wyrażeń.

Podczas rozwiązywania różnych problemów często konieczne jest dodanie lub pomnożenie lewej i prawej strony nierówności. Jednocześnie czasami mówi się, że nierówności sumują się lub mnożą. Przykładowo, jeśli turysta pierwszego dnia przeszedł ponad 20 km, a drugiego ponad 25 km, to można powiedzieć, że w ciągu dwóch dni przeszedł ponad 45 km. Podobnie, jeśli długość prostokąta jest mniejsza niż 13 cm, a szerokość mniejsza niż 5 cm, to możemy powiedzieć, że pole tego prostokąta jest mniejsze niż 65 cm2.

Rozważając te przykłady, wykorzystano następujące przykłady: twierdzenia o dodawaniu i mnożeniu nierówności:

Twierdzenie. Dodając nierówności tego samego znaku, otrzymujemy nierówność tego samego znaku: jeśli a > b i c > d, to a + c > b + d.

Twierdzenie. Mnożąc nierówności tego samego znaku, którego lewa i prawa strona są dodatnie, otrzymujemy nierówność tego samego znaku: jeśli a > b, c > d oraz a, b, c, d są liczbami dodatnimi, to ac > bd.

Nierówności ze znakiem > (większe niż) i 1/2, 3/4 b, c Wraz ze znakami nierówności ścisłych > i W ten sam sposób nierówność \(a \geq b \) oznacza, że ​​liczba a jest większy lub równy b, tj. i nie mniejszy niż b.

Nierówności zawierające znak \(\geq \) lub \(\leq \) nazywane są nieścisłymi. Na przykład \(18 \geq 12 , \; 11 \leq 12 \) nie są nierównościami ścisłymi.

Wszystkie właściwości nierówności ścisłych obowiązują również w przypadku nierówności nieścisłych. Co więcej, jeśli dla nierówności ścisłych znaki > uznano za przeciwne i wiadomo, że aby rozwiązać szereg zastosowanych problemów, należy stworzyć model matematyczny w postaci równania lub układu równań. Następnie dowiesz się, że modele matematyczne służące do rozwiązywania wielu problemów to nierówności z niewiadomymi. Wprowadzone zostanie pojęcie rozwiązania nierówności oraz zostanie pokazane, jak sprawdzić, czy dana liczba jest rozwiązaniem konkretnej nierówności.

Nierówności formy
\(ax > b, \quad ax, w którym aib mają podane liczby, a x jest niewiadomą, nazywane są nierówności liniowe z jedną niewiadomą.

Definicja. Rozwiązaniem nierówności z jedną niewiadomą jest wartość niewiadomej, przy której nierówność ta staje się prawdziwą nierównością liczbową. Rozwiązanie nierówności polega na znalezieniu wszystkich jej rozwiązań lub stwierdzeniu, że ich nie ma.

Rozwiązałeś równania, sprowadzając je do najprostszych równań. Podobnie rozwiązując nierówności, próbuje się je sprowadzić za pomocą właściwości do postaci prostych nierówności.

Rozwiązywanie nierówności drugiego stopnia za pomocą jednej zmiennej

Nierówności formy
\(ax^2+bx+c >0 \) i \(ax^2+bx+c gdzie x jest zmienną, a, b i c to pewne liczby, a \(a \neq 0 \), zwane nierówności drugiego stopnia z jedną zmienną.

Rozwiązanie nierówności
\(ax^2+bx+c >0 \) lub \(ax^2+bx+c można uznać za znalezienie przedziałów, w których funkcja \(y= ax^2+bx+c \) przyjmuje wartość dodatnią lub ujemną wartości W tym celu wystarczy przeanalizować, jak wykres funkcji \(y= ax^2+bx+c\) leży w płaszczyźnie współrzędnych: gdzie skierowane są ramiona paraboli - w górę czy w dół, czy parabola przecina oś x, a jeśli tak, to w jakich punktach.

Algorytm rozwiązywania nierówności drugiego stopnia z jedną zmienną:
1) znajdź dyskryminator trójmianu kwadratowego \(ax^2+bx+c\) i dowiedz się, czy trójmian ma pierwiastek;
2) jeśli trójmian ma pierwiastki, to zaznaczamy je na osi x i przez zaznaczone punkty narysujemy schematyczną parabolę, której ramiona są skierowane w górę dla a > 0 lub w dół dla 0 lub w dół dla 3) znajdź przedziały na osi x, dla których parabole punktów znajdują się powyżej osi x (jeśli rozwiązują nierówność \(ax^2+bx+c >0\)) lub poniżej osi x (jeśli rozwiązują nierówność nierówność
\(ax^2+bx+c Rozwiązywanie nierówności metodą przedziałową

Rozważ funkcję
f(x) = (x + 2)(x - 3)(x - 5)

Dziedziną tej funkcji jest zbiór wszystkich liczb. Zerami funkcji są liczby -2, 3, 5. Dzielą one dziedzinę definicji funkcji na przedziały \((-\infty; -2), \; (-2; 3), \; ( 3; 5) \) i \( (5; +\infty)\)

Przekonajmy się, jakie są znaki tej funkcji w każdym ze wskazanych przedziałów.

Wyrażenie (x + 2)(x - 3)(x - 5) jest iloczynem trzech czynników. Znak każdego z tych czynników w rozważanych przedziałach pokazano w tabeli:

Ogólnie rzecz biorąc, niech funkcja będzie dana wzorem
f(x) = (x-x 1)(x-x 2) ... (x-x n),
gdzie x jest zmienną, a x 1, x 2, ..., x n to liczby, które nie są sobie równe. Liczby x 1 , x 2 , ..., x n są zerami funkcji. W każdym z przedziałów, na które dzieli się dziedzinę definicji przez zera funkcji, znak funkcji zostaje zachowany, a przy przejściu przez zero zmienia się jej znak.

Właściwość ta służy do rozwiązywania nierówności postaci
(x-x 1)(x-x 2) ... (x-x n) > 0,
(x-x 1)(x-x 2) ... (x-x n) gdzie x 1, x 2, ..., x n są liczbami, które nie są sobie równe

Rozważana metoda rozwiązywanie nierówności nazywa się metodą przedziałową.

Podajmy przykłady rozwiązywania nierówności metodą przedziałową.

Rozwiąż nierówność:

\(x(0,5-x)(x+4) Oczywiście zera funkcji f(x) = x(0,5-x)(x+4) to punkty \(x=0, \; x= \ frac(1)(2) , \; x=-4 \)

Wykreślamy zera funkcji na osi liczb i obliczamy znak na każdym przedziale:

Wybieramy te przedziały, w których funkcja jest mniejsza lub równa zero i zapisujemy odpowiedź.

Odpowiedź:
\(x \in \left(-\infty; \; 1 \right) \cup \left[ 4; \; +\infty \right) \)

Wiele osób uważa, że ​​nierówności wykładnicze są czymś złożonym i niezrozumiałym. I że nauczenie się ich rozwiązywania to niemal wielka sztuka, którą tylko Wybrani są w stanie pojąć...

Kompletny nonsens! Nierówności wykładnicze są łatwe. I zawsze można je rozwiązać w prosty sposób. No prawie zawsze. :)

Dzisiaj przyjrzymy się temu tematowi od wewnątrz i od zewnątrz. Ta lekcja będzie bardzo przydatna dla tych, którzy dopiero zaczynają rozumieć tę część matematyki szkolnej. Zacznijmy od prostych problemów i przejdźmy do bardziej złożonych. Ciężkiej pracy dzisiaj nie będzie, ale to co teraz przeczytasz wystarczy, żeby rozwiązać większość nierówności we wszelkiego rodzaju testach i samodzielnej pracy. I na tym twoim egzaminie też.

Jak zawsze zacznijmy od definicji. Nierówność wykładnicza to dowolna nierówność zawierająca funkcję wykładniczą. Innymi słowy, zawsze można to sprowadzić do nierówności formy

\[((a)^(x)) \gt b\]

Gdzie rolą $b$ może być zwykła liczba, a może coś trudniejszego. Przykłady? Tak proszę:

\[\begin(align) & ((2)^(x)) \gt 4;\quad ((2)^(x-1))\le \frac(1)(\sqrt(2));\ kwadrat ((2)^(((x)^(2))-7x+14)) \lt 16; \\ & ((0,1)^(1-x)) \lt 0,01;\quad ((2)^(\frac(x)(2))) \lt ((4)^(\frac (4 )(X))). \\\end(align)\]

Myślę, że znaczenie jest jasne: istnieje funkcja wykładnicza $((a)^(x))$, jest ona porównywana z czymś, a następnie proszona o znalezienie $x$. W szczególnie klinicznych przypadkach zamiast zmiennej $x$ można umieścić jakąś funkcję $f\left(x \right)$ i w ten sposób nieco skomplikować nierówność. :)

Oczywiście w niektórych przypadkach nierówność może wydawać się poważniejsza. Na przykład:

\[((9)^(x))+8 \gt ((3)^(x+2))\]

Albo nawet to:

Ogólnie rzecz biorąc, złożoność takich nierówności może być bardzo różna, ale ostatecznie sprowadzają się one do prostej konstrukcji $((a)^(x)) \gt b$. I jakoś wymyślimy taką konstrukcję (w szczególnie przypadkach klinicznych, gdy nic nie przychodzi nam do głowy, pomogą nam logarytmy). Dlatego teraz nauczymy Cię, jak rozwiązywać takie proste konstrukcje.

Rozwiązywanie prostych nierówności wykładniczych

Rozważmy coś bardzo prostego. Na przykład to:

\[((2)^(x)) \gt 4\]

Oczywiście liczbę po prawej stronie można przepisać jako potęgę dwójki: $4=((2)^(2))$. Zatem pierwotną nierówność można zapisać w bardzo wygodnej formie:

\[((2)^(x)) \gt ((2)^(2))\]

A teraz aż mnie swędzą ręce, żeby „skreślić” dwójki w podstawach potęg, żeby otrzymać odpowiedź $x \gt 2$. Ale zanim cokolwiek skreślimy, przypomnijmy sobie potęgę dwójki:

\[((2)^(1))=2;\quad ((2)^(2))=4;\quad ((2)^(3))=8;\quad ((2)^( 4))=16;...\]

Jak widać, im większa liczba w wykładniku, tym większa liczba wyjściowa. „Dzięki, Cap!” – zawoła jeden z uczniów. Czy jest inaczej? Niestety, to się zdarza. Na przykład:

\[((\left(\frac(1)(2) \right))^(1))=\frac(1)(2);\quad ((\left(\frac(1)(2) \ prawo))^(2))=\frac(1)(4);\quad ((\left(\frac(1)(2) \right))^(3))=\frac(1)(8 );...\]

Tutaj również wszystko jest logiczne: im większy stopień, tym więcej razy liczba 0,5 jest mnożona przez siebie (tj. Dzielona na pół). Zatem wynikowy ciąg liczb jest malejący, a różnica między pierwszą a drugą sekwencją występuje tylko w podstawie:

• Jeśli podstawa stopnia $a \gt 1$, to wraz ze wzrostem wykładnika $n$ liczba $((a)^(n))$ również wzrośnie;
• I odwrotnie, jeśli $0 \lt a \lt 1$, to wraz ze wzrostem wykładnika $n$ liczba $((a)^(n))$ będzie się zmniejszać.

Podsumowując te fakty, otrzymujemy najważniejsze stwierdzenie, na którym opiera się całe rozwiązanie nierówności wykładniczych:

Jeżeli $a \gt 1$, to nierówność $((a)^(x)) \gt ((a)^(n))$ jest równa nierówności $x \gt n$. Jeśli $0 \lt a \lt 1$, to nierówność $((a)^(x)) \gt ((a)^(n))$ jest równoważna nierówności $x \lt n$.

Innymi słowy, jeśli podstawa jest większa niż jedność, możesz ją po prostu usunąć - znak nierówności nie ulegnie zmianie. A jeśli podstawa jest mniejsza niż jeden, można ją również usunąć, ale jednocześnie będziesz musiał zmienić znak nierówności.

Należy pamiętać, że nie uwzględniliśmy opcji $a=1$ i $a\le 0$. Ponieważ w takich przypadkach pojawia się niepewność. Powiedzmy, jak rozwiązać nierówność postaci $((1)^(x)) \gt 3$? Jeden do dowolnej potęgi znowu da jeden - nigdy nie dostaniemy trzech lub więcej. Te. nie ma rozwiązań.

Z powodów negatywnych wszystko jest jeszcze bardziej interesujące. Rozważmy na przykład tę nierówność:

\[((\lewo(-2 \prawo))^(x)) \gt 4\]

Na pierwszy rzut oka wszystko jest proste:

Prawidłowy? Ale nie! Wystarczy zastąpić kilka liczb parzystych i kilka nieparzystych zamiast $x$, aby mieć pewność, że rozwiązanie jest błędne. Spójrz:

\[\begin(align) & x=4\Rightarrow ((\left(-2 \right))^(4))=16 \gt 4; \\ & x=5\Strzałka w prawo ((\left(-2 \right))^(5))=-32 \lt 4; \\ & x=6\Strzałka w prawo ((\left(-2 \right))^(6))=64 \gt 4; \\ & x=7\Strzałka w prawo ((\left(-2 \right))^(7))=-128 \lt 4. \\\end(align)\]

Jak widać, znaki są naprzemienne. Ale są też potęgi ułamkowe i inne bzdury. Jak na przykład zamówić obliczenie $((\left(-2 \right))^(\sqrt(7)))$ (minus dwa do potęgi siedmiu)? Nie ma mowy!

Dlatego dla pewności zakładamy, że we wszystkich nierównościach wykładniczych (a przy okazji także w równaniach) $1\ne a \gt 0$. A potem wszystko zostało rozwiązane bardzo prosto:

\[((a)^(x)) \gt ((a)^(n))\Rightarrow \left[ \begin(align) & x \gt n\quad \left(a \gt 1 \right), \\ & x \lt n\quad \left(0 \lt a \lt 1 \right). \\\end(align) \right.\]

Ogólnie rzecz biorąc, pamiętaj jeszcze raz o głównej zasadzie: jeśli podstawa równania wykładniczego jest większa niż jedność, możesz ją po prostu usunąć; a jeśli podstawa jest mniejsza niż jeden, można ją również usunąć, ale znak nierówności ulegnie zmianie.

Przykłady rozwiązań

Przyjrzyjmy się zatem kilku prostym nierównościom wykładniczym:

\[\begin(align) & ((2)^(x-1))\le \frac(1)(\sqrt(2)); \\ & ((0,1)^(1-x)) \lt 0,01; \\ & ((2)^(((x)^(2))-7x+14)) \lt 16; \\ & ((0,2)^(1+((x)^(2))))\ge \frac(1)(25). \\\end(align)\]

Podstawowe zadanie we wszystkich przypadkach jest takie samo: sprowadzić nierówności do najprostszej postaci $((a)^(x)) \gt ((a)^(n))$. Dokładnie to samo teraz zrobimy z każdą nierównością, jednocześnie powtarzając własności stopni i funkcji wykładniczych. Więc chodźmy!

\[((2)^(x-1))\le \frac(1)(\sqrt(2))\]

Co możesz tutaj zrobić? Cóż, po lewej stronie mamy już orientacyjne wyrażenie - nic nie trzeba zmieniać. Ale po prawej stronie jest jakiś badziew: ułamek, a nawet pierwiastek z mianownika!

Pamiętajmy jednak o zasadach pracy z ułamkami i potęgami:

\[\begin(align) & \frac(1)(((a)^(n)))=((a)^(-n)); \\ & \sqrt[k](a)=((a)^(\frac(1)(k))). \\\end(align)\]

Co to znaczy? Po pierwsze, możemy łatwo pozbyć się ułamka, zamieniając go na potęgę o wykładniku ujemnym. A po drugie, skoro mianownik ma pierwiastek, fajnie byłoby zamienić go na potęgę - tym razem z wykładnikiem ułamkowym.

Zastosujmy te działania sekwencyjnie do prawej strony nierówności i zobaczmy, co się stanie:

\[\frac(1)(\sqrt(2))=((\left(\sqrt(2) \right))^(-1))=((\left(((2)^(\frac( 1)(3))) \prawo))^(-1))=((2)^(\frac(1)(3)\cdot \lewo(-1 \prawo)))=((2)^ (-\frac(1)(3)))\]

Nie zapominaj, że podnosząc stopień do potęgi, wykładniki tych stopni sumują się. Ogólnie rzecz biorąc, pracując z równaniami wykładniczymi i nierównościami, absolutnie konieczne jest poznanie przynajmniej najprostszych zasad pracy z potęgami:

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

Właściwie właśnie zastosowaliśmy ostatnią zasadę. Dlatego nasza pierwotna nierówność zostanie przepisana w następujący sposób:

\[((2)^(x-1))\le \frac(1)(\sqrt(2))\Rightarrow ((2)^(x-1))\le ((2)^(-\ frac(1)(3)))\]

Teraz pozbywamy się tej dwójki u podstawy. Ponieważ 2 > 1, znak nierówności pozostanie taki sam:

\[\begin(align) & x-1\le -\frac(1)(3)\Rightarrow x\le 1-\frac(1)(3)=\frac(2)(3); \\ & x\in \left(-\infty ;\frac(2)(3) \right]. \\\end(align)\]

To jest rozwiązanie! Główna trudność wcale nie polega na funkcji wykładniczej, ale na właściwej transformacji pierwotnego wyrażenia: musisz ostrożnie i szybko doprowadzić je do najprostszej formy.

Rozważmy drugą nierówność:

\[((0,1)^(1-x)) \lt 0,01\]

Tak sobie. Tutaj czekają na nas ułamki dziesiętne. Jak mówiłem wiele razy, w każdym wyrażeniu z potęgami należy pozbyć się ułamków dziesiętnych - często jest to jedyny sposób na szybkie i proste rozwiązanie. Tutaj pozbędziemy się:

\[\begin(align) & 0.1=\frac(1)(10);\quad 0.01=\frac(1)(100)=((\left(\frac(1)(10) \right))^ (2)); \\ & ((0,1)^(1-x)) \lt 0,01\Strzałka w prawo ((\left(\frac(1)(10) \right))^(1-x)) \lt ( (\lewo(\frac(1)(10) \prawo))^(2)). \\\end(align)\]

Tutaj znowu mamy najprostszą nierówność i to nawet o podstawie 1/10, tj. mniej niż jeden. Cóż, usuwamy podstawy, jednocześnie zmieniając znak z „mniej” na „więcej” i otrzymujemy:

\[\begin(align) & 1-x \gt 2; \\ & -x \gt 2-1; \\ & -x \gt 1; \\& x \lt -1. \\\end(align)\]

Otrzymaliśmy ostateczną odpowiedź: $x\in \left(-\infty ;-1 \right)$. Uwaga: odpowiedź jest właśnie zbiorem, a w żadnym wypadku konstrukcją w postaci $x \lt -1$. Bo formalnie taka konstrukcja nie jest w ogóle zbiorem, tylko nierównością względem zmiennej $x$. Tak, to bardzo proste, ale to nie jest odpowiedź!

Ważna uwaga. Nierówność tę można rozwiązać w inny sposób - sprowadzając obie strony do potęgi o podstawie większej niż jeden. Spójrz:

\[\frac(1)(10)=((10)^(-1))\Strzałka w prawo ((\left(((10)^(-1)) \right))^(1-x)) \ lt ((\left(((10)^(-1)) \right))^(2))\Rightarrow ((10)^(-1\cdot \left(1-x \right))) \lt ((10)^(-1\cdot 2))\]

Po takim przekształceniu ponownie otrzymamy nierówność wykładniczą, ale o podstawie 10 > 1. Oznacza to, że możemy po prostu skreślić dziesiątkę – znak nierówności nie ulegnie zmianie. Otrzymujemy:

\[\begin(align) & -1\cdot \left(1-x \right) \lt -1\cdot 2; \\ & x-1 \lt -2; \\ & x \lt -2+1=-1; \\ & x \lt -1. \\\end(align)\]

Jak widać, odpowiedź była dokładnie taka sama. Jednocześnie uchroniliśmy się od konieczności zmiany znaku i ogólnie pamiętamy o wszelkich zasadach. :)

\[((2)^(((x)^(2))-7x+14)) \lt 16\]

Jednak nie pozwól, aby Cię to przestraszyło. Bez względu na to, co znajduje się we wskaźnikach, sama technologia rozwiązywania nierówności pozostaje taka sama. Dlatego zauważmy najpierw, że 16 = 2 4. Przepiszmy pierwotną nierówność, biorąc pod uwagę ten fakt:

\[\begin(align) & ((2)^(((x)^(2))-7x+14)) \lt ((2)^(4)); \\ & ((x)^(2))-7x+14 \lt 4; \\ & ((x)^(2))-7x+10 \lt 0. \\\end(align)\]

Brawo! Mamy zwykłą nierówność kwadratową! Znak nigdzie się nie zmienił, ponieważ podstawa to dwa - liczba większa niż jeden.

Zera funkcji na osi liczbowej

Ustawiamy znaki funkcji $f\left(x \right)=((x)^(2))-7x+10$ - oczywiście jej wykres będzie parabolą z gałęziami w górę, więc będą „plusy” " na bokach. Nas interesuje obszar, w którym funkcja jest mniejsza od zera, tj. $x\in \left(2;5 \right)$ jest odpowiedzią na pierwotny problem.

Na koniec rozważmy inną nierówność:

\[((0,2)^(1+((x)^(2))))\ge \frac(1)(25)\]

Ponownie widzimy funkcję wykładniczą z ułamkiem dziesiętnym u podstawy. Zamieńmy ten ułamek na ułamek zwykły:

\[\begin(align) & 0.2=\frac(2)(10)=\frac(1)(5)=((5)^(-1))\RightArrow \\ & \Rightarrow ((0 ,2 )^(1+((x)^(2))))=((\lewo(((5)^(-1)) \prawo))^(1+((x)^(2) )) )=((5)^(-1\cdot \left(1+((x)^(2)) \right)))\end(align)\]

W tym przypadku skorzystaliśmy z uwagi podanej wcześniej - w celu uproszczenia dalszego rozwiązania zredukowaliśmy bazę do liczby 5 > 1. Zróbmy to samo z prawą stroną:

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

Przepiszmy pierwotną nierówność uwzględniając obie transformacje:

\[((0,2)^(1+((x)^(2))))\ge \frac(1)(25)\Rightarrow ((5)^(-1\cdot \left(1+ ((x)^(2)) \right)))\ge ((5)^(-2))\]

Podstawy po obu stronach są takie same i przekraczają jeden. Po prawej i lewej stronie nie ma innych terminów, więc po prostu „przekreślamy” piątki i otrzymujemy bardzo proste wyrażenie:

\[\begin(align) & -1\cdot \left(1+((x)^(2)) \right)\ge -2; \\ & -1-((x)^(2))\ge -2; \\ & -((x)^(2))\ge -2+1; \\ & -((x)^(2))\ge -1;\quad \left| \cdot \left(-1 \right) \right. \\ & ((x)^(2))\le 1. \\\end(align)\]

Tutaj trzeba zachować większą ostrożność. Wielu uczniów lubi po prostu wyciągać pierwiastek kwadratowy z obu stron nierówności i zapisywać coś w rodzaju $x\le 1\Rightarrow x\in \left(-\infty ;-1 \right]$. W żadnym wypadku nie powinno się tego robić , ponieważ pierwiastek dokładnego kwadratu jest modułem, a w żadnym wypadku zmienną pierwotną:

\[\sqrt(((x)^(2)))=\lewo| x\prawo|\]

Jednak praca z modułami nie należy do najprzyjemniejszych, prawda? Więc nie będziemy pracować. Zamiast tego po prostu przesuwamy wszystkie wyrazy w lewo i rozwiązujemy zwykłą nierówność za pomocą metody przedziałowej:

$\begin(align) & ((x)^(2))-1\le 0; \\ & \left(x-1 \right)\left(x+1 \right)\le 0 \\ & ((x)_(1))=1;\quad ((x)_(2)) =-1; \\\end(wyrównaj)$

Ponownie zaznaczamy uzyskane punkty na osi liczbowej i patrzymy na znaki:

Uwaga: kropki są zacienione

Ponieważ rozwiązywaliśmy nieścisłą nierówność, wszystkie punkty na wykresie zostały zacienione. Dlatego odpowiedź będzie następująca: $x\in \left[ -1;1 \right]$ nie jest przedziałem, ale segmentem.

Ogólnie rzecz biorąc, chciałbym zauważyć, że nie ma nic skomplikowanego w nierównościach wykładniczych. Znaczenie wszystkich przekształceń, które dzisiaj wykonaliśmy, sprowadza się do prostego algorytmu:

• Znajdź podstawę, do której sprowadzimy wszystkie stopnie;
• Ostrożnie wykonaj przekształcenia, aby otrzymać nierówność postaci $((a)^(x)) \gt ((a)^(n))$. Oczywiście zamiast zmiennych $x$ i $n$ mogą istnieć znacznie bardziej złożone funkcje, ale znaczenie się nie zmieni;
• Przekreśl podstawy stopni. W tym przypadku znak nierówności może się zmienić, jeśli podstawa $a \lt 1$.

W rzeczywistości jest to uniwersalny algorytm rozwiązywania wszystkich takich nierówności. A wszystko inne, co Ci powiedzą na ten temat, to tylko konkretne techniki i triki, które uproszczą i przyspieszą transformację. Porozmawiamy teraz o jednej z tych technik. :)

Metoda racjonalizacji

Rozważmy inny zestaw nierówności:

\[\begin(align) & ((\text( )\!\!\pi\!\!\text( ))^(x+7)) \gt ((\text( )\!\!\pi \!\!\text( ))^(((x)^(2))-3x+2)); \\ & ((\left(2\sqrt(3)-3 \right))^(((x)^(2))-2x)) \lt 1; \\ & ((\left(\frac(1)(3) \right))^(((x)^(2))+2x)) \gt ((\left(\frac(1)(9) \right))^(16-x)); \\ & ((\left(3-2\sqrt(2) \right))^(3x-((x)^(2)))) \lt 1. \\\end(align)\]

Co więc jest w nich takiego wyjątkowego? Są lekkie. Chociaż przestań! Czy liczbę π podniesiono do jakiejś potęgi? Co za bezsens?

Jak podnieść liczbę $2\sqrt(3)-3$ do potęgi? Lub $3-2\sqrt(2)$? Autorzy problemu najwyraźniej wypili za dużo Hawthorn, zanim zabrali się do pracy. :)

Tak naprawdę nie ma nic strasznego w tych zadaniach. Przypomnę: funkcja wykładnicza jest wyrażeniem w postaci $((a)^(x))$, gdzie podstawą $a$ jest dowolna liczba dodatnia z wyjątkiem jedności. Liczba π jest dodatnia – to już wiemy. Liczby $2\sqrt(3)-3$ i $3-2\sqrt(2)$ są również dodatnie - łatwo to sprawdzić, jeśli porównasz je z zerem.

Okazuje się, że wszystkie te „przerażające” nierówności rozwiązuje się tak samo jak proste omówione powyżej? I czy są one rozwiązywane w ten sam sposób? Tak, to całkowicie słuszne. Jednak na ich przykładzie chciałbym rozważyć jedną technikę, która znacznie oszczędza czas na samodzielnej pracy i egzaminach. Porozmawiamy o metodzie racjonalizacji. Zatem uwaga:

Dowolna nierówność wykładnicza postaci $((a)^(x)) \gt ((a)^(n))$ jest równoważna nierówności $\left(x-n \right)\cdot \left(a-1 \ po prawej) \gt 0 $.

To jest cała metoda. :) Myślałeś, że będzie jakaś inna gra? Nic takiego! Ale ten prosty fakt, zapisany dosłownie w jednym wierszu, znacznie uprości naszą pracę. Spójrz:

\[\begin(macierz) ((\text( )\!\!\pi\!\!\text( ))^(x+7)) \gt ((\text( )\!\!\pi\ !\!\text( ))^(((x)^(2))-3x+2)) \\ \Downarrow \\ \left(x+7-\left(((x)^(2)) -3x+2 \right) \right)\cdot \left(\text( )\!\!\pi\!\!\text( )-1 \right) \gt 0 \\\end(matrix)\]

Zatem nie ma już funkcji wykładniczych! I nie musisz pamiętać, czy znak się zmienia, czy nie. Ale pojawia się nowy problem: co zrobić z tym cholernym mnożnikiem \[\left(\text( )\!\!\pi\!\!\text( )-1 \right)\]? Nie wiemy, jaka jest dokładna wartość liczby π. Jednak kapitan wydaje się wskazywać na oczywistość:

\[\text( )\!\!\pi\!\!\text( )\około 3,14... \gt 3\Rightarrow \text( )\!\!\pi\!\!\text( )- 1\gt 3-1=2\]

Ogólnie rzecz biorąc, dokładna wartość π tak naprawdę nas nie dotyczy - ważne jest tylko, abyśmy zrozumieli, że w każdym razie $\text( )\!\!\pi\!\!\text( )-1 \gt 2 $, t.e. jest to stała dodatnia i możemy przez nią podzielić obie strony nierówności:

\[\begin(align) & \left(x+7-\left(((x)^(2))-3x+2 \right) \right)\cdot \left(\text( )\!\! \pi\!\!\text( )-1 \right) \gt 0 \\ & x+7-\left(((x)^(2))-3x+2 \right) \gt 0; \\ & x+7-((x)^(2))+3x-2 \gt 0; \\ & -((x)^(2))+4x+5 \gt 0;\quad \left| \cdot \left(-1 \right) \right. \\ & ((x)^(2))-4x-5 \lt 0; \\ & \left(x-5 \right)\left(x+1 \right) \lt 0. \\\end(align)\]

Jak widać, w pewnym momencie musieliśmy podzielić przez minus jeden - i zmienił się znak nierówności. Na koniec rozwinąłem trójmian kwadratowy korzystając z twierdzenia Viety - oczywiste jest, że pierwiastki są równe $((x)_(1))=5$ i $((x)_(2))=-1$ . Następnie wszystko rozwiązuje się klasyczną metodą interwałową:

Rozwiązywanie nierówności metodą przedziałową

Wszystkie punkty są usuwane, ponieważ pierwotna nierówność jest ścisła. Nas interesuje region o wartościach ujemnych, więc odpowiedź brzmi $x\in \left(-1;5 \right)$. To jest rozwiązanie. :)

Przejdźmy do następnego zadania:

\[((\lewo(2\sqrt(3)-3 \prawo))^(((x)^(2))-2x)) \lt 1\]

Wszystko tutaj jest ogólnie proste, ponieważ po prawej stronie znajduje się jednostka. I pamiętamy, że jeden to dowolna liczba podniesiona do potęgi zerowej. Nawet jeśli ta liczba jest wyrażeniem irracjonalnym u podstawy po lewej stronie:

\[\begin(align) & ((\left(2\sqrt(3)-3 \right))^(((x)^(2))-2x)) \lt 1=((\left(2 \sqrt(3)-3 \right))^(0)); \\ & ((\left(2\sqrt(3)-3 \right))^(((x)^(2))-2x)) \lt ((\left(2\sqrt(3)-3 \prawo))^(0)); \\\end(align)\]

Cóż, racjonalizujmy:

\[\begin(align) & \left(((x)^(2))-2x-0 \right)\cdot \left(2\sqrt(3)-3-1 \right) \lt 0; \\ & \left(((x)^(2))-2x-0 \right)\cdot \left(2\sqrt(3)-4 \right) \lt 0; \\ & \left(((x)^(2))-2x-0 \right)\cdot 2\left(\sqrt(3)-2 \right) \lt 0. \\\end(align)\ ]

Pozostaje tylko znaleźć znaki. Współczynnik $2\left(\sqrt(3)-2 \right)$ nie zawiera zmiennej $x$ - jest to po prostu stała i musimy znaleźć jej znak. Aby to zrobić, zwróć uwagę na następujące kwestie:

\[\begin(matrix) \sqrt(3) \lt \sqrt(4)=2 \\ \Downarrow \\ 2\left(\sqrt(3)-2 \right) \lt 2\cdot \left(2 -2 \right)=0 \\\end(macierz)\]

Okazuje się, że drugi czynnik nie jest tylko stałą, ale stałą ujemną! A przy dzieleniu przez nią znak pierwotnej nierówności zmienia się na przeciwny:

\[\begin(align) & \left(((x)^(2))-2x-0 \right)\cdot 2\left(\sqrt(3)-2 \right) \lt 0; \\ & ((x)^(2))-2x-0 \gt 0; \\ & x\left(x-2 \right) \gt 0. \\\end(align)\]

Teraz wszystko staje się zupełnie oczywiste. Pierwiastki trójmianu kwadratowego po prawej stronie to: $((x)_(1))=0$ i $((x)_(2))=2$. Zaznaczamy je na osi liczbowej i patrzymy na znaki funkcji $f\left(x \right)=x\left(x-2 \right)$:

Przypadek, gdy interesują nas przedziały boczne

Nas interesują interwały oznaczone znakiem plus. Pozostaje tylko zapisać odpowiedź:

Przejdźmy do następnego przykładu:

\[((\left(\frac(1)(3) \right))^(((x)^(2))+2x)) \gt ((\left(\frac(1)(9) \ prawo))^(16-x))\]

Cóż, tutaj wszystko jest zupełnie oczywiste: w podstawach znajdują się potęgi tej samej liczby. Dlatego napiszę wszystko krótko:

\[\begin(macierz) \frac(1)(3)=((3)^(-1));\quad \frac(1)(9)=\frac(1)(((3)^( 2)))=((3)^(-2)) \\ \Downarrow \\ ((\left(((3)^(-1)) \right))^(((x)^(2) )+2x)) \gt ((\lewo(((3)^(-2)) \prawo))^(16-x)) \\\end(macierz)\]

\[\begin(align) & ((3)^(-1\cdot \left(((x)^(2))+2x \right))) \gt ((3)^(-2\cdot \ lewo(16-x \prawo))); \\ & ((3)^(-((x)^(2))-2x)) \gt ((3)^(-32+2x)); \\ & \left(-((x)^(2))-2x-\left(-32+2x \right) \right)\cdot \left(3-1 \right) \gt 0; \\ & -((x)^(2))-2x+32-2x \gt 0; \\ & -((x)^(2))-4x+32 \gt 0;\quad \left| \cdot \left(-1 \right) \right. \\ & ((x)^(2))+4x-32 \lt 0; \\ & \left(x+8 \right)\left(x-4 \right) \lt 0. \\\end(align)\]

Jak widać w procesie transformacji musieliśmy pomnożyć przez liczbę ujemną, więc zmienił się znak nierówności. Na sam koniec ponownie zastosowałem twierdzenie Viety do rozłożenia na czynniki trójmianu kwadratowego. W rezultacie odpowiedź będzie następująca: $x\in \left(-8;4 \right)$ - każdy może to sprawdzić rysując oś liczbową, zaznaczając punkty i licząc znaki. Tymczasem przejdziemy do ostatniej nierówności z naszego „zbioru”:

\[((\lewo(3-2\sqrt(2) \prawo))^(3x-((x)^(2)))) \lt 1\]

Jak widać, u podstawy znów znajduje się liczba niewymierna, a po prawej stronie znowu jednostka. Dlatego przepisujemy naszą nierówność wykładniczą w następujący sposób:

\[((\left(3-2\sqrt(2) \right))^(3x-((x)^(2)))) \lt ((\left(3-2\sqrt(2) \ prawo))^(0))\]

Stosujemy racjonalizację:

\[\begin(align) & \left(3x-((x)^(2))-0 \right)\cdot \left(3-2\sqrt(2)-1 \right) \lt 0; \\ & \left(3x-((x)^(2))-0 \right)\cdot \left(2-2\sqrt(2) \right) \lt 0; \\ & \left(3x-((x)^(2))-0 \right)\cdot 2\left(1-\sqrt(2) \right) \lt 0. \\\end(align)\ ]

Jednakże jest całkiem oczywiste, że $1-\sqrt(2) \lt 0$, ponieważ $\sqrt(2)\około 1,4... \gt 1$. Dlatego drugi czynnik jest ponownie stałą ujemną, przez którą można podzielić obie strony nierówności:

\[\begin(macierz) \left(3x-((x)^(2))-0 \right)\cdot 2\left(1-\sqrt(2) \right) \lt 0 \\ \Downarrow \ \\end(macierz)\]

\[\begin(align) & 3x-((x)^(2))-0 \gt 0; \\ & 3x-((x)^(2)) \gt 0;\quad \left| \cdot \left(-1 \right) \right. \\ & ((x)^(2))-3x \lt 0; \\ & x\left(x-3 \right) \lt 0. \\\end(align)\]

Przenieś się do innej bazy

Osobnym problemem przy rozwiązywaniu nierówności wykładniczych jest poszukiwanie „właściwej” bazy. Niestety, nie zawsze na pierwszy rzut oka przy zadaniu jest oczywiste, co przyjąć za podstawę i co zrobić w zależności od stopnia tej podstawy.

Ale nie martw się: nie ma tu żadnej magii ani „tajnej” technologii. W matematyce każdą umiejętność, której nie można poddać algorytmizacji, można łatwo rozwinąć poprzez praktykę. Ale w tym celu będziesz musiał rozwiązać problemy o różnych poziomach złożoności. Na przykład tak:

\[\begin(align) & ((2)^(\frac(x)(2))) \lt ((4)^(\frac(4)(x))); \\ & ((\left(\frac(1)(3) \right))^(\frac(3)(x)))\ge ((3)^(2+x)); \\ & ((\left(0,16 \right))^(1+2x))\cdot ((\left(6,25 \right))^(x))\ge 1; \\ & ((\left(\frac(27)(\sqrt(3)) \right))^(-x)) \lt ((9)^(4-2x))\cdot 81. \\\ koniec(wyrównaj)\]

Trudny? Straszny? To łatwiejsze niż uderzenie kurczaka w asfalt! Spróbujmy. Pierwsza nierówność:

\[((2)^(\frac(x)(2))) \lt ((4)^(\frac(4)(x)))\]

Cóż, myślę, że tutaj wszystko jest jasne:

Przepisujemy pierwotną nierówność, redukując wszystko do podstawy dwa:

\[((2)^(\frac(x)(2))) \lt ((2)^(\frac(8)(x)))\Rightarrow \left(\frac(x)(2)- \frac(8)(x) \right)\cdot \left(2-1 \right) \lt 0\]

Tak, tak, dobrze słyszałeś: właśnie zastosowałem opisaną powyżej metodę racjonalizacji. Teraz musimy pracować ostrożnie: mamy nierówność ułamkowo-wymierną (to taka, która ma zmienną w mianowniku), więc zanim zrównamy cokolwiek do zera, musimy sprowadzić wszystko do wspólnego mianownika i pozbyć się stałego czynnika .

\[\begin(align) & \left(\frac(x)(2)-\frac(8)(x) \right)\cdot \left(2-1 \right) \lt 0; \\ & \left(\frac(((x)^(2))-16)(2x) \right)\cdot 1 \lt 0; \\ & \frac(((x)^(2))-16)(2x) \lt 0. \\\end(align)\]

Teraz używamy standardowej metody interwałowej. Zera licznika: $x=\pm 4$. Mianownik dąży do zera tylko wtedy, gdy $x=0$. Na osi liczbowej należy zaznaczyć w sumie trzy punkty (wszystkie punkty są zaznaczone, ponieważ znak nierówności jest ścisły). Otrzymujemy:

Bardziej złożony przypadek: trzy pierwiastki

Jak można się domyślić, cieniowanie oznacza te przedziały, w których wyrażenie po lewej stronie przyjmuje wartości ujemne. Dlatego ostateczna odpowiedź będzie obejmować dwa przedziały jednocześnie:

Końce przedziałów nie są uwzględnione w odpowiedzi, ponieważ pierwotna nierówność była ścisła. Nie jest wymagana dalsza weryfikacja tej odpowiedzi. Pod tym względem nierówności wykładnicze są znacznie prostsze niż nierówności logarytmiczne: bez ODZ, bez ograniczeń itp.

Przejdźmy do następnego zadania:

\[((\left(\frac(1)(3) \right))^(\frac(3)(x)))\ge ((3)^(2+x))\]

Tutaj też nie ma żadnych problemów, skoro wiemy już, że $\frac(1)(3)=((3)^(-1))$, więc całą nierówność można przepisać następująco:

\[\begin(align) & ((\left(((3)^(-1)) \right))^(\frac(3)(x)))\ge ((3)^(2+x ))\Rightarrow ((3)^(-\frac(3)(x)))\ge ((3)^(2+x)); \\ & \left(-\frac(3)(x)-\left(2+x \right) \right)\cdot \left(3-1 \right)\ge 0; \\ & \left(-\frac(3)(x)-2-x \right)\cdot 2\ge 0;\quad \left| :\lewo(-2 \prawo) \prawo. \\ & \frac(3)(x)+2+x\le 0; \\ & \frac(((x)^(2))+2x+3)(x)\le 0. \\\end(align)\]

Uwaga: w trzeciej linii postanowiłem nie tracić czasu na drobiazgi i od razu podzielić wszystko przez (-2). Minul wszedł do pierwszego nawiasu (teraz wszędzie są plusy), a dwa zmniejszono o stały współczynnik. Dokładnie tak należy postępować przygotowując realne obliczenia do pracy samodzielnej i testowej - nie trzeba bezpośrednio opisywać każdej akcji i transformacji.

Następnie w grę wchodzi znana metoda interwałów. Zera licznikowe: ale ich nie ma. Ponieważ dyskryminator będzie ujemny. Z kolei mianownik jest resetowany dopiero przy $x=0$ - tak jak ostatnim razem. Otóż ​​jasne jest, że na prawo od $x=0$ ułamek będzie przyjmować wartości dodatnie, a na lewo - ujemne. Ponieważ interesują nas wartości ujemne, ostateczna odpowiedź brzmi: $x\in \left(-\infty ;0 \right)$.

\[((\left(0,16 \right))^(1+2x))\cdot ((\left(6,25 \right))^(x))\ge 1\]

Co należy zrobić z ułamkami dziesiętnymi w nierównościach wykładniczych? Zgadza się: pozbądź się ich, zamieniając je w zwykłe. Tutaj przetłumaczymy:

\[\begin(align) & 0,16=\frac(16)(100)=\frac(4)(25)\Rightarrow ((\left(0.16 \right))^(1+2x)) =((\ lewo(\frac(4)(25) \prawo))^(1+2x)); \\ & 6,25=\frac(625)(100)=\frac(25)(4)\Rightarrow ((\left(6.25 \right))^(x))=((\left(\ frac(25) (4)\prawo))^(x)). \\\end(align)\]

Co więc otrzymaliśmy z podstaw funkcji wykładniczych? I otrzymaliśmy dwie wzajemnie odwrotne liczby:

\[\frac(25)(4)=((\left(\frac(4)(25) \right))^(-1))\Rightarrow ((\left(\frac(25)(4) \ prawo))^(x))=((\lewo(((\lewo(\frac(4)(25) \prawo))^(-1)) \prawo))^(x))=((\ lewo(\frac(4)(25) \prawo))^(-x))\]

Zatem pierwotną nierówność można przepisać w następujący sposób:

\[\begin(align) & ((\left(\frac(4)(25) \right))^(1+2x))\cdot ((\left(\frac(4)(25) \right) )^(-x))\ge 1; \\ & ((\left(\frac(4)(25) \right))^(1+2x+\left(-x \right)))\ge ((\left(\frac(4)(25) \prawo))^(0)); \\ & ((\left(\frac(4)(25) \right))^(x+1))\ge ((\left(\frac(4)(25) \right))^(0) ). \\\end(align)\]

Oczywiście przy mnożeniu potęg o tej samej podstawie ich wykładniki sumują się, co miało miejsce w drugim wierszu. Dodatkowo reprezentowaliśmy jednostkę po prawej stronie, również jako potęgę w podstawie 4/25. Pozostaje tylko racjonalizować:

\[((\left(\frac(4)(25) \right))^(x+1))\ge ((\left(\frac(4)(25) \right))^(0)) \Rightarrow \left(x+1-0 \right)\cdot \left(\frac(4)(25)-1 \right)\ge 0\]

Zauważ, że $\frac(4)(25)-1=\frac(4-25)(25) \lt 0$, tj. drugi czynnik jest stałą ujemną i przy dzieleniu przez niego znak nierówności ulegnie zmianie:

\[\begin(align) & x+1-0\le 0\Rightarrow x\le -1; \\ & x\in \left(-\infty ;-1 \right]. \\\end(align)\]

Na koniec ostatnia nierówność z bieżącego „zbioru”:

\[((\left(\frac(27)(\sqrt(3)) \right))^(-x)) \lt ((9)^(4-2x))\cdot 81\]

W zasadzie idea rozwiązania tutaj jest również jasna: wszystkie funkcje wykładnicze zawarte w nierówności należy sprowadzić do podstawy „3”. Ale w tym celu będziesz musiał trochę majstrować przy korzeniach i mocach:

\[\begin(align) & \frac(27)(\sqrt(3))=\frac(((3)^(3)))(((3)^(\frac(1)(3)) ))=((3)^(3-\frac(1)(3)))=((3)^(\frac(8)(3))); \\ & 9=((3)^(2));\quad 81=((3)^(4)). \\\end(align)\]

Biorąc te fakty pod uwagę, pierwotną nierówność można przepisać w następujący sposób:

\[\begin(align) & ((\left(((3)^(\frac(8)(3))) \right))^(-x)) \lt ((\left(((3)) ^(2))\right))^(4-2x))\cdot ((3)^(4)); \\ & ((3)^(-\frac(8x)(3))) \lt ((3)^(8-4x))\cdot ((3)^(4)); \\ & ((3)^(-\frac(8x)(3))) \lt ((3)^(8-4x+4)); \\ & ((3)^(-\frac(8x)(3))) \lt ((3)^(4-4x)). \\\end(align)\]

Zwróć uwagę na drugą i trzecią linię obliczeń: zanim zrobisz cokolwiek z nierównością, pamiętaj o doprowadzeniu jej do postaci, o której mówiliśmy na samym początku lekcji: $((a)^(x)) \ lt ((a)^(n))$. Tak długo, jak masz pewne lewoskrętne czynniki, dodatkowe stałe itp. po lewej lub prawej stronie, nie można dokonywać racjonalizacji ani „przekreślania” podstaw! Niezliczone zadania zostały wykonane niepoprawnie z powodu niezrozumienia tego prostego faktu. Sam stale obserwuję ten problem u moich uczniów, kiedy dopiero zaczynamy analizować nierówności wykładnicze i logarytmiczne.

Wróćmy jednak do naszego zadania. Spróbujmy obejść się tym razem bez racjonalizacji. Pamiętajmy: podstawa stopnia jest większa od jedności, więc trójki można po prostu skreślić – znak nierówności się nie zmieni. Otrzymujemy:

\[\begin(align) & -\frac(8x)(3) \lt 4-4x; \\ & 4x-\frac(8x)(3) \lt 4; \\ & \frac(4x)(3) \lt 4; \\ & 4x \lt 12; \\ & x \lt 3. \\\end(align)\]

To wszystko. Ostateczna odpowiedź: $x\in \left(-\infty ;3 \right)$.

Izolowanie stabilnego wyrażenia i zastępowanie zmiennej

Podsumowując, proponuję rozwiązać jeszcze cztery nierówności wykładnicze, które są już dość trudne dla nieprzygotowanych studentów. Aby sobie z nimi poradzić, należy pamiętać o zasadach pracy ze stopniami. W szczególności wyjmowanie wspólnych czynników z nawiasów.

Ale najważniejsze jest, aby nauczyć się rozumieć, co dokładnie można wyjąć z nawiasów. Takie wyrażenie nazywamy stabilnym - można je oznaczyć nową zmienną i w ten sposób pozbyć się funkcji wykładniczej. Spójrzmy więc na zadania:

\[\begin(align) & ((5)^(x+2))+((5)^(x+1))\ge 6; \\ & ((3)^(x))+((3)^(x+2))\ge 90; \\ & ((25)^(x+1,5))-((5)^(2x+2)) \gt 2500; \\ & ((\left(0,5 \right))^(-4x-8))-((16)^(x+1,5)) \gt 768. \\\end(align)\]

Zacznijmy od pierwszej linijki. Zapiszmy tę nierówność osobno:

\[((5)^(x+2))+((5)^(x+1))\ge 6\]

Zauważ, że $((5)^(x+2))=((5)^(x+1+1))=((5)^(x+1))\cdot 5$, więc prawa ręka stronę można przepisać:

Zauważ, że w nierówności nie ma innych funkcji wykładniczych poza $((5)^(x+1))$. I ogólnie zmienna $x$ nie występuje nigdzie indziej, więc wprowadźmy nową zmienną: $((5)^(x+1))=t$. Otrzymujemy następującą konstrukcję:

\[\begin(align) & 5t+t\ge 6; \\&6t\wiek 6; \\ & t\ge 1. \\\end(align)\]

Wracamy do pierwotnej zmiennej ($t=((5)^(x+1))$), pamiętając jednocześnie, że 1=5 0 . Mamy:

\[\begin(align) & ((5)^(x+1))\ge ((5)^(0)); \\ & x+1\ge 0; \\ & x\ge -1. \\\end(align)\]

To jest rozwiązanie! Odpowiedź: $x\in \left[ -1;+\infty \right)$. Przejdźmy do drugiej nierówności:

\[((3)^(x))+((3)^(x+2))\ge 90\]

Tutaj wszystko jest takie samo. Zauważ, że $((3)^(x+2))=((3)^(x))\cdot ((3)^(2))=9\cdot ((3)^(x))$ . Następnie lewą stronę można przepisać:

\[\begin(align) & ((3)^(x))+9\cdot ((3)^(x))\ge 90;\quad \left| ((3)^(x))=t\prawo. \\&t+9t\ge 90; \\ & 10t\ge 90; \\ & t\ge 9\Rightarrow ((3)^(x))\ge 9\Rightarrow ((3)^(x))\ge ((3)^(2)); \\ & x\ge 2\Strzałka w prawo x\in \left[ 2;+\infty \right). \\\end(align)\]

W przybliżeniu tak trzeba sporządzić rozwiązanie do prawdziwych testów i samodzielnej pracy.

Cóż, spróbujmy czegoś bardziej skomplikowanego. Oto na przykład nierówność:

\[((25)^(x+1,5))-((5)^(2x+2)) \gt 2500\]

Jaki jest tutaj problem? Przede wszystkim podstawy funkcji wykładniczych po lewej stronie są różne: 5 i 25. Jednak 25 = 5 · 2, więc pierwszy wyraz można przekształcić:

\[\begin(align) & ((25)^(x+1,5))=((\left(((5)^(2)) \right))^(x+1,5))= ((5) ^(2x+3)); \\ & ((5)^(2x+3))=((5)^(2x+2+1))=((5)^(2x+2))\cdot 5. \\\end(align )\]

Jak widać, najpierw sprowadziliśmy wszystko do tej samej podstawy, a potem zauważyliśmy, że pierwszy wyraz można łatwo sprowadzić do drugiego - wystarczy rozwinąć wykładnik. Teraz możesz już bezpiecznie wprowadzić nową zmienną: $((5)^(2x+2))=t$, a cała nierówność zostanie przepisana następująco:

\[\begin(align) & 5t-t\ge 2500; \\&4t\ge 2500; \\ & t\ge 625=((5)^(4)); \\ & ((5)^(2x+2))\ge ((5)^(4)); \\ & 2x+2\ge 4; \\&2x\ge 2; \\ & x\ge 1. \\\end(align)\]

I znowu żadnych trudności! Ostateczna odpowiedź: $x\in \left[ 1;+\infty \right)$. Przejdźmy do ostatniej nierówności na dzisiejszej lekcji:

\[((\lewo(0,5 \prawo))^(-4x-8))-((16)^(x+1,5)) \gt 768\]

Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest oczywiście ułamek dziesiętny w podstawie pierwszej potęgi. Trzeba się go pozbyć, a jednocześnie doprowadzić wszystkie funkcje wykładnicze do tej samej podstawy - liczby „2”:

\[\begin(align) & 0,5=\frac(1)(2)=((2)^(-1))\Rightarrow ((\left(0.5 \right))^(-4x- 8))= ((\lewo(((2)^(-1)) \prawo))^(-4x-8))=((2)^(4x+8)); \\ & 16=((2)^(4))\Strzałka w prawo ((16)^(x+1,5))=((\left(((2)^(4)) \right))^( x+ 1,5))=((2)^(4x+6)); \\ & ((2)^(4x+8))-((2)^(4x+6)) \gt 768. \\\end(align)\]

Świetnie, zrobiliśmy pierwszy krok – wszystko doprowadziło do tego samego fundamentu. Teraz musisz wybrać stabilne wyrażenie. Zauważ, że $((2)^(4x+8))=((2)^(4x+6+2))=((2)^(4x+6))\cdot 4$. Jeśli wprowadzimy nową zmienną $((2)^(4x+6))=t$, to pierwotną nierówność można zapisać w następujący sposób:

\[\begin(align) & 4t-t \gt 768; \\ & 3t \gt 768; \\ & t \gt 256=((2)^(8)); \\ & ((2)^(4x+6)) \gt ((2)^(8)); \\ & 4x+6 \gt 8; \\ & 4x \gt 2; \\ & x \gt \frac(1)(2)=0,5. \\\end(align)\]

Naturalnie może pojawić się pytanie: jak odkryliśmy, że 256 = 2 · 8? Niestety, tutaj wystarczy znać potęgę dwójki (a jednocześnie potęgę trójki i piątki). Cóż, albo podziel 256 przez 2 (możesz podzielić, ponieważ 256 to liczba parzysta), aż otrzymamy wynik. Będzie to wyglądać mniej więcej tak:

\[\begin(align) & 256=128\cdot 2= \\ & =64\cdot 2\cdot 2= \\ & =32\cdot 2\cdot 2\cdot 2= \\ & =16\cdot 2 \cdot 2\cdot 2\cdot 2= \\ & =8\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2= \\ & =4\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2= \\ & =2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2= \\ & =((2)^(8)).\end(align )\]

To samo dotyczy trójki (liczby 9, 27, 81 i 243 to jej stopnie) i siódemki (liczby 49 i 343 też warto zapamiętać). Cóż, ta piątka ma również „piękne” stopnie naukowe, które musisz znać:

\[\begin(align) & ((5)^(2))=25; \\ & ((5)^(3))=125; \\ & ((5)^(4))=625; \\ & ((5)^(5))=3125. \\\end(align)\]

Oczywiście, jeśli chcesz, wszystkie te liczby można przywrócić w umyśle, po prostu mnożąc je sukcesywnie przez siebie. Jeśli jednak musisz rozwiązać kilka nierówności wykładniczych, a każda kolejna jest trudniejsza od poprzedniej, to ostatnią rzeczą, o której chcesz myśleć, są potęgi niektórych liczb. I w tym sensie problemy te są bardziej złożone niż „klasyczne” nierówności rozwiązywane metodą przedziałową.

Teoria:

Przy rozwiązywaniu nierówności stosuje się następujące zasady:

1. Dowolny wyraz nierówności można przenieść z jednej części
nierówność na inną o przeciwnym znaku, ale znak nierówności się nie zmienia.

2. Obie strony nierówności można pomnożyć lub podzielić przez jeden
i tę samą liczbę dodatnią bez zmiany znaku nierówności.

3. Obie strony nierówności można pomnożyć lub podzielić przez jeden
i tę samą liczbę ujemną, zmieniając znak nierówności na
naprzeciwko.

Rozwiąż nierówność − 8 x + 11< − 3 x − 4
Rozwiązanie.

1. Ruszajmy penisem − 3x po lewej stronie nierówności i wyraz 11 - na prawą stronę nierówności, zmieniając jednocześnie znaki na przeciwne − 3x i o godz 11 .
Wtedy otrzymamy

− 8 x + 3 x< − 4 − 11

− 5x< − 15

2. Podzielmy obie strony nierówności − 5x< − 15 do liczby ujemnej − 5 i znak nierówności < , zmieni się na > , tj. przechodzimy do nierówności o przeciwnym znaczeniu.
Otrzymujemy:

− 5x< − 15 | : (− 5 )

x > - 15 : (- 5 )

x > 3

x > 3— rozwiązanie danej nierówności.

Zwróć uwagę!

Istnieją dwie możliwości napisania rozwiązania: x > 3 lub jako przedział liczbowy.

Zaznaczmy zbiór rozwiązań nierówności na osi liczbowej i zapiszmy odpowiedź w postaci przedziału liczbowego.

x ∈ (3 ; + ∞ )

Odpowiedź: x > 3 Lub x ∈ (3 ; + ∞ )

Nierówności algebraiczne.

Nierówności kwadratowe. Nierówności racjonalne wyższego stopnia.

Metody rozwiązywania nierówności zależą głównie od tego, do jakiej klasy należą funkcje tworzące nierówność.

1. I. Nierówności kwadratowe, czyli nierówności formy

topór 2 + bx + c > 0 (< 0), a ≠ 0.

Aby rozwiązać nierówność, możesz:

1. Rozłóż na czynniki trójmian kwadratowy, czyli zapisz nierówność w formie

a (x - x 1) (x - x 2) > 0 (< 0).

1. Narysuj pierwiastki wielomianu na osi liczbowej. Pierwiastki dzielą zbiór liczb rzeczywistych na przedziały, w każdym z których odpowiednia funkcja kwadratowa będzie miała stały znak.
2. Określ znak a (x - x 1) (x - x 2) w każdym przedziale i zapisz odpowiedź.

Jeśli trójmian kwadratowy nie ma pierwiastków, to dla D<0 и a>Trójmian kwadratowy 0 jest dodatni dla dowolnego x.

• Rozwiąż nierówność. x 2 + x - 6 > 0.

Rozłóż na czynniki trójmian kwadratowy (x + 3) (x - 2) > 0

Odpowiedź: x (-∞; -3) (2; +∞).

2) (x - 6) 2 > 0

Ta nierówność jest prawdziwa dla każdego x z wyjątkiem x = 6.

Odpowiedź: (-∞; 6) (6; +∞).

3) x² + 4x + 15< 0.

Tutaj D< 0, a = 1 >0. Trójmian kwadratowy jest dodatni dla wszystkich x.

Odpowiedź: x Î Ø.

Rozwiąż nierówności:

1. 1 + x - 2x²< 0. Ответ:
2. 3x² - 12x + 12 ≤ 0. Odpowiedź:
3. 3x² - 7x + 5 ≤ 0. Odpowiedź:
4. 2x² - 12x + 18 > 0. Odpowiedź:
5. Dla jakich wartości a wykonuje się nierówność

x² - ax > obowiązuje dla dowolnego x? Odpowiedź:

1. II. Racjonalne nierówności wyższego stopnia, czyli nierówności formy

za n x n + za n-1 x n-1 + … + za 1 x + za 0 > 0 (<0), n>2.

Wielomian najwyższego stopnia należy rozłożyć na czynniki, czyli zapisać nierówność w postaci

a n (x - x 1) (x - x 2) ·…· (x - x n) > 0 (<0).

Zaznacz punkty na osi liczbowej, w których wielomian znika.

Określ znaki wielomianu w każdym przedziale.

1) Rozwiąż nierówność x 4 - 6x 3 + 11x 2 - 6x< 0.

x 4 - 6x 3 + 11x 2 - 6x = x (x 3 - 6x 2 + 11x -6) = x (x 3 - x 2 - 5x 2 + 5x +6x - 6) =x (x - 1)(x 2 -5x + 6) =

x (x - 1) (x - 2) (x - 3). Więc x (x - 1) (x - 2) (x - 3)<0

Odpowiedź: (0; 1) (2; 3).

2) Rozwiąż nierówność (x -1) 5 (x + 2) (x - ½) 7 (2x + 1) 4<0.

Zaznaczmy na osi liczb punkty, w których wielomian zanika. Są to x = 1, x = -2, x = ½, x = - ½.

W punkcie x = - ½ nie następuje zmiana znaku, ponieważ dwumian (2x + 1) zostaje podniesiony do potęgi parzystej, czyli wyrażenie (2x + 1) 4 nie zmienia znaku przy przejściu przez punkt x = - ½.

Odpowiedź: (-∞; -2) (½; 1).

3) Rozwiąż nierówność: x 2 (x + 2) (x - 3) ≥ 0.

Ta nierówność jest równoważna następującemu zbiorowi

Rozwiązaniem (1) jest x (-∞; -2) (3; +∞). Rozwiązaniem (2) jest x = 0, x = -2, x = 3. Łącząc otrzymane rozwiązania otrzymujemy x О (-∞; -2] (0) (0) )