Решение неравенств прошлых лет (страница 2)

Сделаем замену: \(8^x=t\). Тогда: \[\dfrac{8t-40}{2t^2-32}\leqslant 1\quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{4t-20}{t^2-16}-1\leqslant 0\quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{t^2-4t+4}{t^2-16}\geqslant 0\quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{(t-2)^2}{(t-4)(t+4)}\geqslant 0\] Решая данное неравенство методом интервалов, получаем: \[t\in (-\infty;-4)\cup\{2\}\cup(4;+\infty)\] Следовательно:
\(\bullet\) \(8^x<-4\) — данное неравенство не имеет решений (так как \(8^x>0\) при всех \(x\))

\(\bullet\) \(8^x=2\quad\Rightarrow\quad x=\dfrac13\)   \(\bullet\) \(8^x>4\quad\Rightarrow\quad x>\dfrac23\)

ОДЗ логарифмов: \(x>0\). Сделаем замену \(\log_2x=t\). Тогда на ОДЗ \(\log_2(4x^2)=\log_24+\log_2x^2=2+2\log_2x=2+2t\). Тогда неравенство примет вид: \[\dfrac{2+2t+35}{t^2-36}\geqslant -1\quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{t^2+2t+1}{(t-6)(t+6)}\geqslant 0 \quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{(t+1)^2}{(t-6)(t+6)}\geqslant 0\] Решая данное неравенство методом интервалов, получим ответ \[t\in (-\infty;-6)\cup\{-1\}\cup(6;+\infty)\] Перейдем к старой переменной:   \(\bullet\) \(\log_2x<-6\quad\Rightarrow\quad x<2^{-6}\)   \(\bullet\) \(\log_2x=-1\quad\Rightarrow\quad x=2^{-1}\)   \(\bullet\) \(\log_2x>6\quad\Rightarrow\quad x>2^6\)   Окончательный ответ, учитывая ОДЗ: \[x\in \left(0;\dfrac1{64}\right)\cup\left\{\dfrac12\right\}\cup\left(64;+\infty\right)\]

Сделаем замену \(2^x=t\), тогда неравенство примет вид \[\begin{aligned} &\dfrac{t}{t-8}+\dfrac{t+8}{t-4}+\dfrac{66}{t^2-12t+32}\leqslant 0 \quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{t(t-4)+(t^2-8^2)+66}{(t-8)(t-4)}\leqslant 0 \quad\Leftrightarrow\\[2ex] &\Leftrightarrow\quad \dfrac{2t^2-4t+2}{(t-8)(t-4)}\leqslant 0 \quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{2(t-1)^2}{(t-8)(t-4)}\leqslant 0 \end{aligned}\] Решим данное неравенство методом интервалов:


Тогда решением будут \[\left[\begin{gathered}\begin{aligned} &t=1\\ &4<t<8 \end{aligned}\end{gathered}\right.\quad\Rightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &2^x=1\\ &4<2^x<8 \end{aligned}\end{gathered}\right.\quad\Leftrightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &x=0\\ &2<x<3 \end{aligned}\end{gathered}\right.\] Тогда ответ: \[x\in \{0\}\cup(2;3)\]

ОДЗ неравенства: \(x>0\). Решим неравенство на ОДЗ. Сделаем замену \(\log_3x=t\). Тогда на ОДЗ \(\log_3(81x)=\log_3(81)+\log_3x=4+t\), \(\log_3(x^8)=8\log_3x=8t\) и неравенство примет вид: \[\dfrac{4+t}{t-4}+\dfrac{t-4}{4+t}\geqslant \dfrac{24-8t}{t^2-16} \quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{2t^2+8t+8}{(t-4)(t+4)}\geqslant 0 \quad\Leftrightarrow\quad \dfrac{2(t+2)^2}{(t-4)(t+4)}\geqslant 0\] Решим данное неравенство методом интервалов:



Таким образом, решением будут \[t\in (-\infty;-4)\cup\{-2\}\cup(4;+\infty)\] Сделаем обратную замену: \[\left[\begin{gathered}\begin{aligned} &\log_3x<-4\\ &\log_3x=-2\\ &\log_3x>4 \end{aligned}\end{gathered}\right.\quad\Rightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &x<\dfrac1{81}\\[1ex] &x=\dfrac19\\[1ex] &x>81 \end{aligned}\end{gathered}\right.\] Учитывая ОДЗ \(x>0\), получаем окончательный ответ \[x\in\left(0;\frac1{81}\right)\cup\{\frac19\}\cup(81;+\infty)\]

ОДЗ неравенства: \(x\in\mathbb{R}\).

Сделаем замену: \(9^x-2\cdot 3^x=t\). Тогда неравенство примет вид: \[t^2-62t-63\geqslant 0\quad\Leftrightarrow\quad (t+1)(t-63)\geqslant 0 \quad\Leftrightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &t\leqslant -1\\ &t\geqslant 63 \end{aligned}\end{gathered}\right.\] Пусть \(3^x=z\), тогда \(t=z^2-2z\), следовательно, имеем: \[\left[\begin{gathered}\begin{aligned} &z^2-2z\leqslant -1\\ &z^2-2z\geqslant 63 \end{aligned}\end{gathered}\right.\quad\Leftrightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &(z-1)^2\leqslant 0\\ &(z-9)(z+7)\geqslant 0 \end{aligned}\end{gathered}\right.\quad\Leftrightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &z=1\\ &z\geqslant 9\\ &z\leqslant -7 \end{aligned}\end{gathered}\right.\] Сделаем обратную замену: \[\left[\begin{gathered}\begin{aligned} &3^x=1\\ &3^x\geqslant 9\\ &3^x\leqslant -7 \end{aligned}\end{gathered}\right. \quad\Rightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &x=0\\ &x\geqslant 2\\ &x\in \varnothing \end{aligned}\end{gathered}\right.\] Тогда итоговый ответ: \[x\in \{0\}\cup [2;+\infty)\]

Сделаем замену: \(\log_2{(25-x^2)}=t\). Тогда неравенство примет вид: \[t^2-7t+12\geqslant 0\] Корнями уравнения \(t^2-7t+12=0\) являются числа \(3\) и \(4\). Следовательно, неравенство равносильно \[(t-3)(t-4)\geqslant 0\quad\Leftrightarrow\quad \left[\begin{gathered}\begin{aligned} &t\leqslant 3\\ &t\geqslant 4 \end{aligned}\end{gathered}\right.\]

Сделаем обратную замену.
Неравенство \[\log_2{(25-x^2)}\leqslant 3 \quad\Leftrightarrow\quad \log_2{(25-x^2)}\leqslant \log_28 \quad\Leftrightarrow\quad 0<25-x^2\leqslant 8\] Решением неравенства \(25-x^2>0\) является \(x\in (-5;5)\). Решением неравенства \(25-x^2\leqslant 8\) является \(x\in (-\infty;-\sqrt{17}]\cup[\sqrt{17};+\infty)\). Пересекая эти решения, получим \(x\in (-5;-\sqrt{17}]\cup[\sqrt{17};5)\).

Неравенство \[\log_2{(25-x^2)} \geqslant 4\quad\Leftrightarrow\quad \log_2{(25-x^2)}\geqslant \log_2{16} \quad\Leftrightarrow\quad 25-x^2\geqslant 16 \quad\Leftrightarrow\quad x\in [-3;3]\]

Таким образом, решением исходного неравенства является объединение решений \(x\in (-5;-\sqrt{17}]\cup[\sqrt{17};5)\) и \(x\in [-3;3]\), то есть \[x\in (-5;-\sqrt{17}]\cup[-3;3]\cup[\sqrt{17};5).\]

Сделаем замену \(2^x = t > 0\):

\[\begin{aligned} t + \dfrac{4t}{t - 4} + \dfrac{t^2 + 7t + 20}{t^2 - 12t + 32}\leqslant 1 \end{aligned}\]

ОДЗ:

\[\begin{aligned} \begin{cases} t - 4\neq 0\\ t^2 - 12t + 32\neq 0 \end{cases} \qquad\Leftrightarrow\qquad \begin{cases} t\neq 4\\ t\neq 8 \end{cases} \end{aligned}\]

Перенесём всё влево и приведём к общему знаменателю

\[\begin{aligned} \dfrac{t^3 - 8t^2 + 19t - 12}{t^2 - 12t + 32}\leqslant 0 \end{aligned}\]

Разложим числитель левой части последнего неравенства на множители. Можно угадать его корень \(t = 1\). Знание корня многочлена позволяет поделить его столбиком на \(t - t_0\), где \(t_0\) – корень, тогда \[\begin{array}{rr|l} t^3-8t^2+19t-12&&\negthickspace\underline{\qquad t-1 \qquad}\\ \underline{t^3-\ \, t^2\,} \phantom{000000000}&&\negthickspace \quad t^2 - 7t + 12\\[-3pt] -7t^2 + 19t\phantom{0000}&&\\ \underline{-7t^2 +\ 7t}\phantom{0000}&&\\[-3pt] 12t - 12\! &&\\ \underline{12t - 12\! }&&\\[-3pt] 0&&\\ \end{array}\] тогда последнее неравенство равносильно

\[\begin{aligned} \dfrac{(t - 1)(t - 3)(t - 4)}{(t - 4)(t - 8)}\leqslant 0 \end{aligned}\]

По методу интервалов



откуда \(t\in (-\infty; 1]\cup [3; 4)\cup(4; 8)\)
с учётом ОДЗ и условия \(t > 0\): \(t\in (0; 1]\cup [3; 4)\cup(4; 8)\)
в исходных переменных: \[x\in(-\infty; 0]\cup[\log_2 3 ; 2)\cup(2; 3).\]