Замена переменной в показательном неравенстве
Замена переменной в показательном неравенстве — это приём, который превращает неравенство со степенями в более простое алгебраическое неравенство. Обычно вместо повторяющегося выражения \(a^x\) вводят новую переменную \(t\).
Основная схема
Приём часто используют в показательных неравенствах, где встречаются одинаковые степени, например \(a^{2x}\) и \(a^x\). Если положить \(t=a^x\), то \(a^{2x}=t^2\), а исходное неравенство станет квадратным или другим алгебраическим неравенством.
- Ввести замену \(t=a^x\) и записать ограничение \(t>0\).
- Выразить все степени через \(t\) и решить полученное неравенство.
- Вернуться к \(x\): решить равенства или неравенства вида \(a^x>c\) с учётом основания \(a\).
Решим неравенство \(2^{2x}-5\cdot2^x+6>0\). Положим \(t=2^x\), тогда \(t>0\), и получим \(t^2-5t+6>0\). Разложение даёт \((t-2)(t-3)>0\), поэтому \(t<2\) немесе \(t>3\). Возвращаемся к \(x\): \(2^x<2\) немесе \(2^x>3\). Так как основание \(2>1\), получаем \(x<1\) немесе \(x>\log_2 3\).
Нельзя решать полученное квадратное неравенство по всем действительным \(t\): замена \(t=a^x\) допускает только \(t>0\). Кроме того, при возврате к \(x\) знак меняется при основании \(0<a<1\), поскольку показательная функция убывает.
Какое ограничение нужно записать при замене \(t=3^x\)?
Главное
- При замене \(t=a^x\) обязательно записывают \(t>0\).
- После алгебраического шешімдер нужно вернуться к \(x\) и учесть, возрастает или убывает функция \(a^x\).
- Приём особенно удобен, когда в неравенстве повторяются \(a^x\), \(a^{2x}\) и подобные выражения.