Au stade de la préparation au test final, les lycéens doivent améliorer leurs connaissances sur le thème « Équations exponentielles ». L'expérience des années passées indique que de telles tâches posent certaines difficultés aux écoliers. Par conséquent, les lycéens, quel que soit leur niveau de préparation, doivent maîtriser parfaitement la théorie, mémoriser les formules et comprendre le principe de résolution de telles équations. Ayant appris à faire face à ce type de tâches, les diplômés pourront compter sur scores élevés lors de la réussite de l'examen d'État unifié en mathématiques.
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Les définitions et formules de base sont présentées dans la section « Contexte théorique ».
Pour mieux comprendre la matière, nous vous recommandons de vous entraîner à réaliser les devoirs. Examinez attentivement les exemples d'équations exponentielles avec solutions présentés sur cette page pour comprendre l'algorithme de calcul. Après cela, procédez à l'exécution des tâches dans la section « Répertoires ». Vous pouvez commencer par les problèmes les plus simples ou passer directement à la résolution d'équations exponentielles complexes à plusieurs inconnues ou . La base de données d'exercices sur notre site Internet est constamment complétée et mise à jour.
Les exemples avec des indicateurs qui vous ont posé des difficultés peuvent être ajoutés aux « Favoris ». De cette façon, vous pourrez les trouver rapidement et discuter de la solution avec votre professeur.
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Les équations exponentielles sont celles dans lesquelles l'inconnue est contenue dans l'exposant. L'équation exponentielle la plus simple a la forme : a x = a b, où a> 0, a 1, x est inconnu.
Les principales propriétés des puissances par lesquelles les équations exponentielles sont transformées : a>0, b>0.
Lors de la résolution d'équations exponentielles, ils utilisent également les propriétés suivantes fonction exponentielle: y = une x , une > 0, une1 :
Pour représenter un nombre sous forme de puissance, utilisez la formule de base identité logarithmique: b = , a > 0, a1, b > 0.
Problèmes et tests sur le thème "Équations exponentielles"
- Équations exponentielles
Leçons : 4 Devoirs : 21 Tests : 1
- Équations exponentielles - Sujets importants pour la révision de l'examen d'État unifié en mathématiques
Tâches : 14
- Systèmes d'équations exponentielles et logarithmiques - Démonstratif et fonction logarithmique 11e année
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- §2.1. Résoudre des équations exponentielles
Leçons : 1 Tâches : 27
- §7 Équations et inégalités exponentielles et logarithmiques - Section 5. Fonctions exponentielles et logarithmiques, 10e année
Leçons : 1 Tâches : 17
Pour résoudre avec succès des équations exponentielles, vous devez connaître les propriétés de base des puissances, les propriétés de la fonction exponentielle et l'identité logarithmique de base.
Lors de la résolution d'équations exponentielles, deux méthodes principales sont utilisées :
- transition de l'équation a f(x) = a g(x) à l'équation f(x) = g(x) ;
- introduction de nouvelles lignes.
Exemples.
1. Équations réduites au plus simple. Ils sont résolus en réduisant les deux côtés de l’équation à une puissance de même base.
3x = 9x – 2.
Solution:
3 x = (3 2) x – 2 ;
3x = 3 2x – 4 ;
x = 2x –4 ;
x = 4.
Répondre: 4.
2. Équations résolues en retirant le facteur commun des parenthèses.
Solution:
3 x – 3 x – 2 = 24
3 x – 2 (3 2 – 1) = 24
3 x – 2 × 8 = 24
3 x – 2 = 3
x – 2 = 1
x = 3.
Répondre: 3.
3. Équations résolues par changement de variable.
Solution:
2 2x + 2x – 12 = 0
On note 2 x = y.
oui 2 + oui – 12 = 0
oui 1 = - 4 ; y2 = 3.
a) 2 x = - 4. L'équation n'a pas de solution, car 2x> 0.
b) 2 x = 3 ; 2 x = 2 log 2 3 ; x = journal 2 3.
Répondre: journal 2 3.
4. Équations contenant des puissances avec deux bases différentes (non réductibles l'une à l'autre).
3 × 2 x + 1 - 2 × 5 x – 2 = 5 x + 2 x – 2.
3× 2 x + 1 – 2 x – 2 = 5 x – 2 × 5 x – 2
2 x – 2 ×23 = 5 x – 2
×23
2 x – 2 = 5 x – 2
(5/2) x– 2 = 1
x – 2 = 0
x = 2.
Répondre: 2.
5. Équations homogènes par rapport à a x et b x.
9x + 4x = 2,5 × 6x.
Solution:
3 2x – 2,5 × 2 x × 3 x +2 2x = 0 | : 2 2x > 0
(3/2) 2x – 2,5 × (3/2) x + 1 = 0.
Notons (3/2) x = y.
y 2 – 2,5y + 1 = 0,
oui 1 = 2 ; oui 2 = ½.
Répondre: journal 3/2 2 ; - bûche 3/2 2.
1º. Équations exponentielles sont appelées équations contenant une variable dans un exposant.
La résolution d’équations exponentielles repose sur la propriété des puissances : deux puissances de même base sont égales si et seulement si leurs exposants sont égaux.
2º. Méthodes de base pour résoudre des équations exponentielles:
1) l'équation la plus simple a une solution ;
2) une équation de la forme logarithmique à la base un réduire en forme;
3) une équation de la forme est équivalente à l'équation ;
4) équation de la forme est équivalent à l’équation.
5) une équation de la forme est réduite par substitution à une équation, puis un ensemble d'équations exponentielles simples est résolu ;
6) équation avec réciproque réciproques par substitution, ils se réduisent à une équation, puis résolvent un ensemble d'équations ;
7) équations homogènes par rapport à un g(x) Et bg(x)étant donné que gentil par remplacement, ils sont réduits à une équation, puis un ensemble d'équations est résolu.
Classification des équations exponentielles.
1. Équations résolues en allant à une base.
Exemple 18. Résoudre l'équation .
Solution : Profitons du fait que toutes les bases de puissances sont des puissances du nombre 5 : .
2. Équations résolues en passant à un exposant.
Ces équations sont résolues en transformant l'équation originale sous la forme , qui est réduit à sa plus simple expression en utilisant la propriété de proportion.
Exemple 19. Résolvez l'équation :
3. Équations résolues en retirant le facteur commun des parenthèses.
Si dans une équation chaque exposant diffère de l'autre d'un certain nombre, alors les équations sont résolues en mettant l'exposant c entre parenthèses. le taux le plus bas.
Exemple 20. Résolvez l'équation.
Solution : Prenons le degré avec le plus petit exposant entre parenthèses sur le côté gauche de l’équation :
Exemple 21. Résoudre l'équation
Solution : Regroupons séparément sur le côté gauche de l'équation les termes contenant des puissances de base 4, sur le côté droit - avec la base 3, puis mettons entre parenthèses les puissances de plus petit exposant :
4. Équations qui se réduisent à des équations quadratiques (ou cubiques).
Les équations suivantes se réduisent à une équation quadratique pour la nouvelle variable y :
a) type de substitution, dans ce cas ;
b) le type de substitution , et .
Exemple 22. Résoudre l'équation .
Solution : Faisons un changement de variable et résolvons l'équation quadratique :
.
Réponse : 0 ; 1.
5. Équations homogènes par rapport aux fonctions exponentielles.
Une équation de la forme est équation homogène deuxième degré par rapport aux inconnues un x Et bx. De telles équations sont réduites en divisant d'abord les deux côtés, puis en les substituant dans des équations quadratiques.
Exemple 23. Résolvez l'équation.
Solution : Divisez les deux côtés de l’équation par :
En mettant , nous obtenons une équation quadratique avec racines .
Le problème se résume maintenant à résoudre un ensemble d’équations . A partir de la première équation, nous trouvons que . La deuxième équation n'a pas de racines, puisque pour toute valeur X.
Réponse : -1/2.
6. Équations rationnelles par rapport aux fonctions exponentielles.
Exemple 24. Résolvez l'équation.
Solution : Divisez le numérateur et le dénominateur de la fraction par 3x et au lieu de deux nous obtenons une fonction exponentielle :
7. Équations de la forme .
De telles équations avec un ensemble valeurs acceptables(ODZ), déterminé par la condition, en prenant le logarithme des deux côtés de l'équation sont réduits à une équation équivalente, qui à son tour est équivalente à un ensemble de deux équations ou.
Exemple 25. Résolvez l'équation : .
.
Matériel didactique.
Résolvez les équations :
1. ; 2. ; 3. ;
4. ; 5. ; 6. ;
9. ; 10. ; 11. ;
14. ; 15. ;
16. ; 17. ;
18. ; 19. ;
20. ; 21. ;
22. ; 23. ;
24. ; 25. .
26. Trouver le produit des racines de l'équation .
27. Trouvez la somme des racines de l'équation .
Trouvez le sens de l’expression :
28. , où x0- racine de l'équation ;
29. , où x0 – racine entièreéquations .
Résous l'équation:
31. ; 32. .
Réponses: dix; 2.-2/9 ; 3. 1/36 ; 4. 0, 0,5 ; 50 ; 6,0 ; 7.-2 ; 8.2 ; 9. 1, 3 ; 10. 8 ; 11,5 ; 12.1 ; 13, ¼ ; 14.2 ; 15. -2, -1 ; 16.-2, 1 ; 17,0 ; 18.1 ; 19,0 ; 20. -1, 0 ; 21.-2, 2 ; 22.-2, 2; 23.4 ; 24.-1, 2; 25. -2, -1, 3 ; 26. -0,3 ; 27.3 ; 28.11 ; 29.54 ; 30. -1, 0, 2, 3 ; 31. ; 32. .
Thème n°8.
Inégalités exponentielles.
1º. Une inégalité contenant une variable dans l'exposant est appelée inégalité exponentielle.
2º. Solution inégalités exponentielles type basé sur les déclarations suivantes:
si , alors l'inégalité est équivalente à ;
si , alors l'inégalité est équivalente à .
Lors de la résolution d'inégalités exponentielles, les mêmes techniques sont utilisées que lors de la résolution d'équations exponentielles.
Exemple 26. Résoudre l'inégalité (méthode de transition vers une base).
Solution : Depuis , Puis pour cette inégalité peut s'écrire sous la forme : . Puisque , alors cette inégalité est équivalente à l'inégalité .
En résolvant la dernière inéquation, nous obtenons .
Exemple 27. Résoudre l'inégalité : ( en retirant le facteur commun des parenthèses).
Solution : Retirons entre parenthèses le côté gauche de l'inégalité, le côté droit de l'inégalité et divisons les deux côtés de l'inégalité par (-2), en changeant le signe de l'inégalité par l'opposé :
Depuis , alors en passant à l'inégalité des indicateurs, le signe de l'inégalité change à nouveau à l'opposé. On a. Ainsi, l’ensemble de toutes les solutions de cette inégalité est l’intervalle.
Exemple 28. Résoudre l'inégalité ( en introduisant une nouvelle variable).
Solution : Laissez . Cette inégalité prendra alors la forme : ou , dont la solution est l'intervalle .
D'ici. Puisque la fonction augmente, alors .
Matériel didactique.
Spécifiez l'ensemble des solutions à l'inégalité :
1. ; 2. ; 3. ;
6. À quelles valeurs X Les points sur le graphique de fonction se trouvent-ils en dessous de la ligne droite ?
7. À quelles valeurs X Les points sur le graphique de la fonction se situent-ils au moins aussi loin que la droite ?
Résoudre l'inégalité :
8. ; 9. ; 10. ;
13. Spécifiez la plus grande solution entière de l’inégalité .
14. Trouver le produit du plus grand entier et du plus petit entier solutions à l'inégalité .
Résoudre l'inégalité :
15. ; 16. ; 17. ;
18. ; 19. ; 20. ;
21. ; 22. ; 23. ;
24. ; 25. ; 26. .
Trouvez le domaine de la fonction :
27. ; 28. .
29. Trouvez l'ensemble des valeurs d'arguments pour lesquelles les valeurs de chaque fonction sont supérieures à 3 :
Et .
Réponses: 11.3 ; 12.3 ; 13.-3 ; 14.1 ; 15. (0 ; 0,5 ); 16. ; 17. (-1; 0)U(3; 4); 18. [-2; 2]; 19. (0; +∞); 20. (0 ; 1 ); 21. (3 ; +∞) ; 22. (-∞; 0)U(0,5; +∞); 23. (0 ; 1 ); 24. (-1 ; 1) ; 25. (0; 2]; 26. (3; 3,5)U (4; +∞); 27. (-∞; 3)U(5); 28.
Certains d’entre eux peuvent vous paraître plus complexes, tandis que d’autres, au contraire, sont trop simples. Mais ils ont tous une caractéristique importante en commun : leur notation contient la fonction exponentielle $f\left(x \right)=((a)^(x))$. Ainsi, introduisons la définition :
Une équation exponentielle est toute équation contenant une fonction exponentielle, c'est-à-dire expression de la forme $((a)^(x))$. En plus de la fonction indiquée, ces équations peuvent contenir toute autre construction algébrique - polynômes, racines, trigonométrie, logarithmes, etc.
Alors ok. Nous avons réglé la définition. Maintenant la question est : comment résoudre toutes ces conneries ? La réponse est à la fois simple et complexe.
Commençons par la bonne nouvelle : d'après mon expérience d'enseignement à de nombreux étudiants, je peux dire que la plupart d'entre eux trouvent les équations exponentielles beaucoup plus faciles que les mêmes logarithmes, et encore plus la trigonométrie.
Mais il y a de mauvaises nouvelles : parfois, les rédacteurs de problèmes pour toutes sortes de manuels et d'examens sont frappés par « l'inspiration », et leur cerveau enflammé par la drogue commence à produire des équations si brutales que leur résolution devient problématique non seulement pour les étudiants, mais aussi pour de nombreux enseignants. rester coincé sur de tels problèmes.
Cependant, ne parlons pas de choses tristes. Et revenons à ces trois équations données au tout début de l'histoire. Essayons de résoudre chacun d'eux.
Première équation : $((2)^(x))=4$. Eh bien, à quelle puissance faut-il élever le chiffre 2 pour obtenir le chiffre 4 ? Probablement le deuxième ? Après tout, $((2)^(2))=2\cdot 2=4$ - et nous avons obtenu l'égalité numérique correcte, c'est-à-dire en effet $x=2$. Eh bien, merci Cap, mais cette équation était si simple que même mon chat pouvait la résoudre :)
Regardons l'équation suivante :
\[((5)^(2x-3))=\frac(1)(25)\]
Mais ici, c'est un peu plus compliqué. De nombreux étudiants savent que $((5)^(2))=25$ est la table de multiplication. Certains soupçonnent également que $((5)^(-1))=\frac(1)(5)$ est essentiellement la définition des puissances négatives (similaire à la formule $((a)^(-n))= \ frac(1)(((a)^(n)))$).
Finalement, seuls quelques privilégiés réalisent que ces faits peuvent être combinés et donner le résultat suivant :
\[\frac(1)(25)=\frac(1)(((5)^(2)))=((5)^(-2))\]
Ainsi notre équation originale sera réécrit comme suit :
\[((5)^(2x-3))=\frac(1)(25)\Rightarrow ((5)^(2x-3))=((5)^(-2))\]
Mais c'est déjà tout à fait résoluble ! À gauche dans l'équation il y a une fonction exponentielle, à droite dans l'équation il y a une fonction exponentielle, il n'y a rien d'autre nulle part à part elles. On peut donc « rejeter » les bases et assimiler bêtement les indicateurs :
Nous avons obtenu l’équation linéaire la plus simple qu’un étudiant puisse résoudre en quelques lignes seulement. Bon, en quatre lignes :
\[\begin(align)& 2x-3=-2 \\& 2x=3-2 \\& 2x=1 \\& x=\frac(1)(2) \\\end(align)\]
Si vous ne comprenez pas ce qui s'est passé dans les quatre dernières lignes, assurez-vous de revenir au sujet « équations linéaires » et répétez-le. Car sans une compréhension claire de ce sujet, il est trop tôt pour aborder les équations exponentielles.
\[((9)^(x))=-3\]
Alors, comment pouvons-nous résoudre ce problème ? Première pensée : $9=3\cdot 3=((3)^(2))$, donc l'équation originale peut être réécrite comme suit :
\[((\gauche(((3)^(2)) \droite))^(x))=-3\]
On rappelle ensuite que lorsqu'on élève une puissance à une puissance, les exposants sont multipliés :
\[((\left(((3)^(2)) \right))^(x))=((3)^(2x))\Rightarrow ((3)^(2x))=-(( 3)^(1))\]
\[\begin(align)& 2x=-1 \\& x=-\frac(1)(2) \\\end(align)\]
Et pour une telle décision, nous en recevrons deux honnêtement mérités. Car, avec la sérénité d'un Pokémon, nous avons envoyé le signe moins devant le trois à la puissance de ce même trois. Mais vous ne pouvez pas faire ça. Et c'est pourquoi. Jeter un coup d'œil à différents degrés triplés:
\[\begin(matrix) ((3)^(1))=3& ((3)^(-1))=\frac(1)(3)& ((3)^(\frac(1)( 2)))=\sqrt(3) \\ ((3)^(2))=9& ((3)^(-2))=\frac(1)(9)& ((3)^(\ frac(1)(3)))=\sqrt(3) \\ ((3)^(3))=27& ((3)^(-3))=\frac(1)(27)& (( 3)^(-\frac(1)(2)))=\frac(1)(\sqrt(3)) \\\end(matrice)\]
En compilant cette tablette, je n'ai rien perverti : j'ai regardé les puissances positives, et négatives, et même fractionnaires... eh bien, où est au moins un nombre négatif ici ? Il est parti! Et cela ne peut pas être le cas, car la fonction exponentielle $y=((a)^(x))$, premièrement, ne prend toujours que des valeurs positives (peu importe combien un est multiplié ou divisé par deux, ce sera toujours un nombre positif), et d'autre part, la base d'une telle fonction - le nombre $a$ - est par définition un nombre positif !
Eh bien, comment alors résoudre l'équation $((9)^(x))=-3$ ? Mais pas question : il n’y a pas de racines. Et en ce sens, les équations exponentielles sont très similaires aux équations quadratiques : il se peut également qu'il n'y ait pas de racines. Mais si dans les équations quadratiques le nombre de racines est déterminé par le discriminant (discriminant positif - 2 racines, négatif - pas de racines), alors dans les équations exponentielles tout dépend de ce qui se trouve à droite du signe égal.
Formulons donc la conclusion clé : l'équation exponentielle la plus simple de la forme $((a)^(x))=b$ a une racine si et seulement si $b>0$. Connaissant ce simple fait, vous pouvez facilement déterminer si l'équation qui vous est proposée a des racines ou non. Ceux. Vaut-il la peine de le résoudre ou d'écrire immédiatement qu'il n'y a pas de racines.
Cette connaissance nous aidera à plusieurs reprises lorsque nous devrons décider davantage tâches complexes. Pour l'instant, assez de paroles - il est temps d'étudier l'algorithme de base pour résoudre les équations exponentielles.
Comment résoudre des équations exponentielles
Alors, formulons le problème. Il faut résoudre l'équation exponentielle :
\[((a)^(x))=b,\quad a,b>0\]
Selon l'algorithme « naïf » que nous avons utilisé précédemment, il faut représenter le nombre $b$ comme une puissance du nombre $a$ :
De plus, si au lieu de la variable $x$ il y a une expression, nous obtiendrons une nouvelle équation qui peut déjà être résolue. Par exemple:
\[\begin(align)& ((2)^(x))=8\Rightarrow ((2)^(x))=((2)^(3))\Rightarrow x=3; \\& ((3)^(-x))=81\Rightarrow ((3)^(-x))=((3)^(4))\Rightarrow -x=4\Rightarrow x=-4; \\& ((5)^(2x))=125\Rightarrow ((5)^(2x))=((5)^(3))\Rightarrow 2x=3\Rightarrow x=\frac(3)( 2). \\\fin (aligner)\]
Et curieusement, ce système fonctionne dans environ 90 % des cas. Qu’en est-il alors des 10 % restants ? Les 10 % restants sont des équations exponentielles légèrement « schizophréniques » de la forme :
\[((2)^(x))=3;\quad ((5)^(x))=15;\quad ((4)^(2x))=11\]
Eh bien, à quelle puissance faut-il augmenter 2 pour obtenir 3 ? D'abord? Mais non : $((2)^(1))=2$ ne suffit pas. Deuxième? Non non plus : $((2)^(2))=4$, c'est trop. Lequel alors ?
Les étudiants avertis l'ont probablement déjà deviné : dans de tels cas, lorsqu'il n'est pas possible de résoudre « magnifiquement », l'« artillerie lourde » - les logarithmes - entre en jeu. Permettez-moi de vous rappeler qu'en utilisant les logarithmes, tout nombre positif peut être représenté comme une puissance de n'importe quel autre nombre positif (sauf un) :
Vous vous souvenez de cette formule ? Quand je parle des logarithmes à mes élèves, je préviens toujours : cette formule (c'est aussi la principale identité logarithmique ou, si l'on veut, la définition d'un logarithme) vous hantera très longtemps et « surgira » dans la plupart des cas. des endroits inattendus. Eh bien, elle a refait surface. Regardons notre équation et cette formule :
\[\begin(align)& ((2)^(x))=3 \\& a=((b)^(((\log )_(b))a)) \\\end(align) \]
Si l'on suppose que $a=3$ est notre nombre d'origine à droite, et $b=2$ est la base même de la fonction exponentielle à laquelle nous voulons tant conduire côté droit, alors on obtient ce qui suit :
\[\begin(align)& a=((b)^(((\log )_(b))a))\Rightarrow 3=((2)^(((\log )_(2))3 )); \\& ((2)^(x))=3\Rightarrow ((2)^(x))=((2)^(((\log )_(2))3))\Rightarrow x=( (\log )_(2))3. \\\fin (aligner)\]
Nous avons reçu une réponse légèrement étrange : $x=((\log )_(2))3$. Dans une autre tâche, beaucoup auraient des doutes sur une telle réponse et commenceraient à revérifier leur solution : et si une erreur s'était glissée quelque part ? Je m'empresse de vous faire plaisir : il n'y a pas d'erreur ici, et les logarithmes des racines des équations exponentielles sont assez situation typique. Alors habituez-vous :)
Résolvons maintenant les deux équations restantes par analogie :
\[\begin(align)& ((5)^(x))=15\Rightarrow ((5)^(x))=((5)^(((\log )_(5))15)) \Rightarrow x=((\log )_(5))15; \\& ((4)^(2x))=11\Rightarrow ((4)^(2x))=((4)^(((\log )_(4))11))\Rightarrow 2x=( (\log )_(4))11\Rightarrow x=\frac(1)(2)((\log )_(4))11. \\\fin (aligner)\]
C'est tout! D'ailleurs, la dernière réponse peut s'écrire différemment :
Nous avons introduit un facteur dans l'argument du logarithme. Mais personne ne nous empêche d’ajouter ce facteur à la base :
De plus, les trois options sont correctes - c'est simple formes différentes enregistrements du même numéro. C'est à vous de décider lequel choisir et noter dans cette solution.
Ainsi, nous avons appris à résoudre toutes les équations exponentielles de la forme $((a)^(x))=b$, où les nombres $a$ et $b$ sont strictement positifs. Cependant dure réalité notre monde est tel que tel tâches simples vous vous rencontrerez très, très rarement. Le plus souvent, vous rencontrerez quelque chose comme ceci :
\[\begin(align)& ((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11; \\& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& ((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09. \\\fin (aligner)\]
Alors, comment pouvons-nous résoudre ce problème ? Est-ce que cela peut être résolu ? Et si oui, comment ?
Ne pas paniquer. Toutes ces équations peuvent être rapidement et facilement réduites à formules simples que nous avons déjà envisagé. Vous avez juste besoin de vous rappeler quelques astuces du cours d'algèbre. Et bien sûr, il n’y a pas de règles pour travailler avec des diplômes. Je vais vous parler de tout ça maintenant :)
Conversion d'équations exponentielles
La première chose à retenir : toute équation exponentielle, aussi complexe soit-elle, doit d'une manière ou d'une autre être réduite aux équations les plus simples - celles que nous avons déjà considérées et que nous savons résoudre. En d'autres termes, le schéma de résolution de toute équation exponentielle ressemble à ceci :
- Écrivez l’équation originale. Par exemple : $((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11$;
- Fais des conneries bizarres. Ou même des conneries appelées « convertir une équation » ;
- En sortie, obtenez les expressions les plus simples de la forme $((4)^(x))=4$ ou quelque chose d'autre comme ça. De plus, une équation initiale peut donner plusieurs expressions de ce type à la fois.
Tout est clair avec le premier point : même mon chat peut écrire l'équation sur un morceau de papier. Le troisième point semble également plus ou moins clair - nous avons déjà résolu tout un tas de ces équations ci-dessus.
Mais qu’en est-il du deuxième point ? Quel genre de transformations ? Transformer quoi en quoi ? Et comment?
Eh bien, découvrons-le. Tout d’abord, je voudrais noter ce qui suit. Toutes les équations exponentielles sont divisées en deux types :
- L'équation est composée de fonctions exponentielles de même base. Exemple : $((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11$;
- La formule contient des fonctions exponentielles avec différentes bases. Exemples : $((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x))$ et $((100)^(x-1) )\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09 $.
Commençons par les équations du premier type : ce sont les plus faciles à résoudre. Et pour les résoudre, nous serons aidés par une technique telle que la mise en évidence d'expressions stables.
Isoler une expression stable
Regardons à nouveau cette équation :
\[((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11\]
Que voit-on ? Les quatre sont élevés à des degrés différents. Mais tous ces diplômes - sommes simples variable $x$ avec d'autres nombres. Par conséquent, il est nécessaire de rappeler les règles pour travailler avec des diplômes :
\[\begin(align)& ((a)^(x+y))=((a)^(x))\cdot ((a)^(y)); \\& ((a)^(x-y))=((a)^(x)):((a)^(y))=\frac(((a)^(x)))(((a )^(y))). \\\fin (aligner)\]
En termes simples, l’addition peut être convertie en produit de puissances et la soustraction peut facilement être convertie en division. Essayons d'appliquer ces formules aux degrés de notre équation :
\[\begin(align)& ((4)^(x-1))=\frac(((4)^(x)))(((4)^(1)))=((4)^ (x))\cdot \frac(1)(4); \\& ((4)^(x+1))=((4)^(x))\cdot ((4)^(1))=((4)^(x))\cdot 4. \ \\fin (aligner)\]
Réécrivons l'équation originale en tenant compte de ce fait, puis rassemblons tous les termes à gauche :
\[\begin(align)& ((4)^(x))+((4)^(x))\cdot \frac(1)(4)=((4)^(x))\cdot 4 -onze; \\& ((4)^(x))+((4)^(x))\cdot \frac(1)(4)-((4)^(x))\cdot 4+11=0. \\\fin (aligner)\]
Les quatre premiers termes contiennent l'élément $((4)^(x))$ - retirons-le des parenthèses :
\[\begin(align)& ((4)^(x))\cdot \left(1+\frac(1)(4)-4 \right)+11=0; \\& ((4)^(x))\cdot \frac(4+1-16)(4)+11=0; \\& ((4)^(x))\cdot \left(-\frac(11)(4) \right)=-11. \\\fin (aligner)\]
Il reste à diviser les deux côtés de l'équation par la fraction $-\frac(11)(4)$, c'est-à-dire multiplier essentiellement par la fraction inversée - $-\frac(4)(11)$. On a:
\[\begin(align)& ((4)^(x))\cdot \left(-\frac(11)(4) \right)\cdot \left(-\frac(4)(11) \right )=-11\cdot \left(-\frac(4)(11) \right); \\& ((4)^(x))=4; \\& ((4)^(x))=((4)^(1)); \\&x=1. \\\fin (aligner)\]
C'est tout! Nous avons réduit l’équation originale à sa forme la plus simple et obtenu la réponse finale.
En même temps, au cours du processus de résolution, nous avons découvert (et même retiré du support) le facteur commun $((4)^(x))$ - c'est une expression stable. Elle peut être désignée comme une nouvelle variable, ou vous pouvez simplement l'exprimer avec soin et obtenir la réponse. Dans tous les cas, le principe clé de la solution est le suivant :
Trouvez dans l'équation originale une expression stable contenant une variable qui se distingue facilement de toutes les fonctions exponentielles.
La bonne nouvelle est que presque toutes les équations exponentielles vous permettent d’isoler une expression aussi stable.
Mais il y a aussi de mauvaises nouvelles : expressions similaires peut être assez délicat et assez difficile à identifier. Examinons donc un autre problème :
\[((5)^(x+2))+((0,2)^(-x-1))+4\cdot ((5)^(x+1))=2\]
Peut-être que quelqu'un aura maintenant une question : « Pacha, es-tu défoncé ? Il y a différentes bases ici – 5 et 0,2. Mais essayons de convertir la puissance en base 0,2. Par exemple, débarrassons-nous de la fraction décimale en la réduisant à une fraction régulière :
\[((0,2)^(-x-1))=((0,2)^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(2)(10 ) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)) )\]
Comme vous pouvez le constater, le chiffre 5 apparaissait toujours, bien qu'au dénominateur. Dans le même temps, l’indicateur a été réécrit en négatif. Et maintenant rappelons-nous l'un des les règles les plus importantes travailler avec des diplômes :
\[((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))\ ]
Ici, bien sûr, je mentais un peu. Car pour bien comprendre la formule pour s’en débarrasser indicateurs négatifs aurait dû être écrit ainsi :
\[((a)^(-n))=\frac(1)(((a)^(n)))=((\left(\frac(1)(a) \right))^(n ))\Rightarrow ((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(5)(1) \ à droite))^(x+1))=((5)^(x+1))\]
En revanche, rien ne nous empêchait de travailler uniquement avec des fractions :
\[((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(((5)^(-1)) \ droite))^(-\left(x+1 \right)))=((5)^(\left(-1 \right)\cdot \left(-\left(x+1 \right) \right) ))=((5)^(x+1))\]
Mais dans ce cas, il faut pouvoir élever une puissance à une autre puissance (je vous le rappelle : dans ce cas, les indicateurs s'additionnent). Mais je n'ai pas eu à "inverser" les fractions - ce sera peut-être plus facile pour certains :)
Dans tous les cas, l’équation exponentielle originale sera réécrite comme suit :
\[\begin(align)& ((5)^(x+2))+((5)^(x+1))+4\cdot ((5)^(x+1))=2; \\& ((5)^(x+2))+5\cdot ((5)^(x+1))=2; \\& ((5)^(x+2))+((5)^(1))\cdot ((5)^(x+1))=2; \\& ((5)^(x+2))+((5)^(x+2))=2; \\& 2\cdot ((5)^(x+2))=2; \\& ((5)^(x+2))=1. \\\fin (aligner)\]
Il s'avère donc que l'équation originale peut être résolue encore plus simplement que celle considérée précédemment : ici, vous n'avez même pas besoin de sélectionner une expression stable - tout a été réduit de lui-même. Il ne reste plus qu'à rappeler que $1=((5)^(0))$, d'où on obtient :
\[\begin(align)& ((5)^(x+2))=((5)^(0)); \\&x+2=0; \\&x=-2. \\\fin (aligner)\]
C'est la solution ! Nous avons obtenu la réponse finale : $x=-2$. En parallèle, je voudrais souligner une technique qui nous a grandement simplifié tous les calculs :
Dans les équations exponentielles, assurez-vous de vous débarrasser de décimales, convertissez-les en fichiers normaux. Cela vous permettra de voir les mêmes bases de diplômes et de simplifier grandement la solution.
Passons maintenant à plus équations complexes, dans lequel il existe différentes bases qui ne sont pas du tout réductibles les unes aux autres à l'aide de degrés.
Utilisation de la propriété Degrees
Permettez-moi de vous rappeler que nous avons deux équations plus particulièrement dures :
\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& ((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09. \\\fin (aligner)\]
La principale difficulté ici est qu’il n’est pas clair quoi donner et sur quelle base. Où définir des expressions? Où sont les mêmes motifs ? Il n’y a rien de tout cela.
Mais essayons d'emprunter une voie différente. S'il n'y a pas de prêt motifs identiques, vous pouvez essayer de les retrouver en factorisant les bases existantes.
Commençons par la première équation :
\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& 21=7\cdot 3\Rightarrow ((21)^(3x))=((\left(7\cdot 3 \right))^(3x))=((7)^(3x))\ cdot((3)^(3x)). \\\fin (aligner)\]
Mais vous pouvez faire l'inverse : former le nombre 21 à partir des nombres 7 et 3. C'est particulièrement facile à faire à gauche, puisque les indicateurs des deux degrés sont les mêmes :
\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((\left(7\cdot 3 \right))^(x+ 6 ))=((21)^(x+6)); \\& ((21)^(x+6))=((21)^(3x)); \\&x+6=3x; \\& 2x=6; \\&x=3. \\\fin (aligner)\]
C'est tout! Vous avez sorti l'exposant du produit et obtenu immédiatement une belle équation qui peut être résolue en quelques lignes.
Examinons maintenant la deuxième équation. Tout est beaucoup plus compliqué ici :
\[((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09\]
\[((100)^(x-1))\cdot ((\left(\frac(27)(10) \right))^(1-x))=\frac(9)(100)\]
DANS dans ce cas les fractions se sont avérées irréductibles, mais si quelque chose pouvait être réduit, assurez-vous de le réduire. Il y aura souvent raisons intéressantes, avec lequel vous pouvez déjà travailler.
Malheureusement, rien de spécial ne nous est apparu. Mais on voit que les exposants de gauche dans le produit sont opposés :
Je vous le rappelle : pour supprimer le signe moins dans l'indicateur, il suffit de « retourner » la fraction. Eh bien, réécrivons l'équation originale :
\[\begin(align)& ((100)^(x-1))\cdot ((\left(\frac(10)(27) \right))^(x-1))=\frac(9 )(100); \\& ((\left(100\cdot \frac(10)(27) \right))^(x-1))=\frac(9)(100); \\& ((\left(\frac(1000)(27) \right))^(x-1))=\frac(9)(100). \\\fin (aligner)\]
En deuxième ligne, nous avons simplement effectué indicateur général du produit hors parenthèses selon la règle $((a)^(x))\cdot ((b)^(x))=((\left(a\cdot b \right))^(x)) $, et dans ce dernier, il suffit de multiplier le nombre 100 par une fraction.
Notez maintenant que les chiffres à gauche (à la base) et à droite sont quelque peu similaires. Comment? Oui, c’est évident : ce sont des puissances du même nombre ! Nous avons:
\[\begin(align)& \frac(1000)(27)=\frac(((10)^(3)))(((3)^(3)))=((\left(\frac( 10)(3) \right))^(3)); \\& \frac(9)(100)=\frac(((3)^(2)))(((10)^(3)))=((\left(\frac(3)(10) \droite))^(2)). \\\fin (aligner)\]
Ainsi, notre équation sera réécrite comme suit :
\[((\left(((\left(\frac(10)(3) \right))^(3)) \right))^(x-1))=((\left(\frac(3 )(10)\droite))^(2))\]
\[((\left(((\left(\frac(10)(3) \right))^(3)) \right))^(x-1))=((\left(\frac(10 )(3) \right))^(3\left(x-1 \right)))=((\left(\frac(10)(3) \right))^(3x-3))\]
Dans ce cas, à droite vous pouvez également obtenir un diplôme avec la même base, pour lequel il suffit simplement de « retourner » la fraction :
\[((\left(\frac(3)(10) \right))^(2))=((\left(\frac(10)(3) \right))^(-2))\]
Notre équation prendra finalement la forme :
\[\begin(align)& ((\left(\frac(10)(3) \right))^(3x-3))=((\left(\frac(10)(3) \right)) ^(-2)); \\& 3x-3=-2; \\& 3x=1; \\& x=\frac(1)(3). \\\fin (aligner)\]
C'est la solution. Son idée principale se résume au fait que même avec pour des raisons différentes nous essayons, par crochet ou par escroc, de réduire ces bases à la même chose. Ils nous aident avec ça transformations élémentaireséquations et règles pour travailler avec les puissances.
Mais quelles règles et quand l’utiliser ? Comment comprenez-vous que dans une équation, vous devez diviser les deux côtés par quelque chose, et dans une autre, vous devez factoriser la base de la fonction exponentielle ?
La réponse à cette question viendra avec l’expérience. Essayez-vous d'abord à des équations simples, puis compliquez progressivement les problèmes - et très bientôt, vos compétences seront suffisantes pour résoudre n'importe quelle équation exponentielle du même examen d'État unifié ou de tout travail indépendant/test.
Et pour vous aider dans cette tâche difficile, je vous propose de télécharger sur mon site un ensemble d'équations pour la résoudre vous-même. Toutes les équations ont des réponses, vous pouvez donc toujours vous tester.