Exponentialgleichungen. Lösungen! Exponentialgleichungen in der Mathematik lösen
Besuchen Sie den YouTube-Kanal unserer Website, um über alle neuen Video-Lektionen auf dem Laufenden zu bleiben.
Erinnern wir uns zunächst an die Grundformeln der Kräfte und ihre Eigenschaften.
Produkt einer Zahl A n-mal auf sich selbst vorkommt, können wir diesen Ausdruck als a a … a=a n schreiben
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
Potenz- oder Exponentialgleichungen– Dies sind Gleichungen, in denen die Variablen Potenzen (oder Exponenten) sind und die Basis eine Zahl ist.
Beispiele für Exponentialgleichungen:
IN in diesem Beispiel Die Zahl 6 ist die Basis, sie steht immer unten und ist die Variable X Grad oder Indikator.
Lassen Sie uns weitere Beispiele für Exponentialgleichungen geben.
2 x *5=10
16 x - 4 x - 6=0
Schauen wir uns nun an, wie Exponentialgleichungen gelöst werden.
Nehmen wir eine einfache Gleichung:
2 x = 2 3
Dieses Beispiel kann sogar im Kopf gelöst werden. Es ist ersichtlich, dass x=3. Damit die linke und rechte Seite gleich sind, müssen Sie schließlich die Zahl 3 anstelle von x eingeben.
Sehen wir uns nun an, wie diese Entscheidung formalisiert wird:
2 x = 2 3
x = 3
Um eine solche Gleichung zu lösen, haben wir entfernt identische Gründe(also Zweier) und aufgeschrieben, was noch übrig war, das sind Grade. Wir haben die Antwort bekommen, nach der wir gesucht haben.
Fassen wir nun unsere Entscheidung zusammen.
Algorithmus zur Lösung der Exponentialgleichung:
1. Muss überprüft werden das gleiche ob die Gleichung rechts und links Basen hat. Sollten die Gründe nicht dieselben sein, suchen wir nach Lösungsmöglichkeiten für dieses Beispiel.
2. Nachdem die Basen gleich geworden sind, gleichsetzen Grad und lösen Sie die resultierende neue Gleichung.
Schauen wir uns nun ein paar Beispiele an:
Beginnen wir mit etwas Einfachem.
Die Basen auf der linken und rechten Seite entsprechen der Zahl 2, was bedeutet, dass wir die Basis wegwerfen und ihre Kräfte gleichsetzen können.
x+2=4 Man erhält die einfachste Gleichung.
x=4 – 2
x=2
Antwort: x=2
Im folgenden Beispiel können Sie sehen, dass die Basen unterschiedlich sind: 3 und 9.
3 3x - 9 x+8 = 0
Verschieben wir zunächst die Neun auf die rechte Seite, erhalten wir:
Jetzt müssen Sie die gleichen Grundlagen erstellen. Wir wissen, dass 9=3 2. Verwenden wir die Potenzformel (a n) m = a nm.
3 3x = (3 2) x+8
Wir erhalten 9 x+8 =(3 2) x+8 =3 2x+16
3 3x = 3 2x+16 Nun ist klar, dass auf der linken und rechten Seite die Basen gleich und gleich drei sind, was bedeutet, dass wir sie verwerfen und die Grade gleichsetzen können.
3x=2x+16 erhalten wir die einfachste Gleichung
3x - 2x=16
x=16
Antwort: x=16.
Schauen wir uns das folgende Beispiel an:
2 2x+4 - 10 4 x = 2 4
Zunächst schauen wir uns die Basen an, die Basen zwei und vier. Und wir brauchen, dass sie gleich sind. Wir transformieren die vier mit der Formel (a n) m = a nm.
4 x = (2 2) x = 2 2x
Und wir verwenden auch eine Formel a n a m = a n + m:
2 2x+4 = 2 2x 2 4
Zur Gleichung hinzufügen:
2 2x 2 4 - 10 2 2x = 24
Aus den gleichen Gründen haben wir ein Beispiel gegeben. Aber die anderen Nummern 10 und 24 stören uns. Was tun mit ihnen? Wenn Sie genau hinschauen, können Sie sehen, dass wir auf der linken Seite 2 2x wiederholt haben. Hier ist die Antwort: Wir können 2 2x aus Klammern setzen:
2 2x (2 4 - 10) = 24
Berechnen wir den Ausdruck in Klammern:
2 4 — 10 = 16 — 10 = 6
Wir teilen die gesamte Gleichung durch 6:
Stellen wir uns 4=2 2 vor:
2 2x = 2 2 Basen sind gleich, wir verwerfen sie und setzen die Grade gleich.
2x = 2 ist die einfachste Gleichung. Teilen Sie es durch 2 und wir erhalten
x = 1
Antwort: x = 1.
Lösen wir die Gleichung:
9 x – 12*3 x +27= 0
Lassen Sie uns transformieren:
9 x = (3 2) x = 3 2x
Wir erhalten die Gleichung:
3 2x - 12 3 x +27 = 0
Unsere Basen sind gleich drei. In diesem Beispiel können Sie sehen, dass die ersten drei einen doppelten Grad (2x) haben als der zweite (nur x). In diesem Fall können Sie es lösen Ersatzmethode. Wir ersetzen die Zahl durch den kleinsten Grad:
Dann ist 3 2x = (3 x) 2 = t 2
Wir ersetzen alle x Potenzen in der Gleichung durch t:
t 2 - 12t+27 = 0
Wir erhalten eine quadratische Gleichung. Wenn wir die Diskriminante auflösen, erhalten wir:
D=144-108=36
t 1 = 9
t2 = 3
Zurück zur Variablen X.
Nimm t 1:
t 1 = 9 = 3 x
Das ist,
3 x = 9
3 x = 3 2
x 1 = 2
Eine Wurzel wurde gefunden. Wir suchen den zweiten von t 2:
t 2 = 3 = 3 x
3 x = 3 1
x 2 = 1
Antwort: x 1 = 2; x 2 = 1.
Auf der Website können Sie im Bereich HELP DECIDE interessante Fragen stellen, wir werden Ihnen auf jeden Fall antworten.
Tritt der Gruppe bei
Diese Lektion richtet sich an diejenigen, die gerade erst anfangen, Exponentialgleichungen zu lernen. Beginnen wir wie immer mit der Definition und einfachen Beispielen.
Wenn Sie diese Lektion lesen, dann vermute ich, dass Sie bereits zumindest ein minimales Verständnis der einfachsten Gleichungen haben – linear und quadratisch: $56x-11=0$; $((x)^(2))+5x+4=0$; $((x)^(2))-12x+32=0$ usw. Solche Konstruktionen lösen zu können ist unbedingt notwendig, um nicht in der nun behandelten Thematik „hängenzubleiben“.
Also Exponentialgleichungen. Lassen Sie mich Ihnen ein paar Beispiele nennen:
\[((2)^(x))=4;\quad ((5)^(2x-3))=\frac(1)(25);\quad ((9)^(x))=- 3\]
Einige davon mögen Ihnen komplexer erscheinen, während andere im Gegenteil zu einfach sind. Aber eines haben sie alle gemeinsam wichtiges Zeichen: Ihre Notation enthält die Exponentialfunktion $f\left(x \right)=((a)^(x))$. Lassen Sie uns daher die Definition einführen:
Eine Exponentialgleichung ist jede Gleichung, die eine Exponentialfunktion enthält, d. h. Ausdruck der Form $((a)^(x))$. Neben der angegebenen Funktion können solche Gleichungen beliebige andere algebraische Konstruktionen enthalten – Polynome, Wurzeln, Trigonometrie, Logarithmen usw.
Gut. Wir haben die Definition geklärt. Die Frage ist nun: Wie löst man diesen ganzen Mist? Die Antwort ist sowohl einfach als auch komplex.
Beginnen wir mit der guten Nachricht: Aus meiner Erfahrung mit dem Unterrichten vieler Studenten kann ich sagen, dass die meisten von ihnen Exponentialgleichungen viel einfacher finden als die gleichen Logarithmen und vor allem die Trigonometrie.
Aber es gibt eine schlechte Nachricht: Manchmal werden die Verfasser von Aufgaben für alle Arten von Lehrbüchern und Prüfungen von „Inspiration“ getroffen und ihr von Drogen berauschtes Gehirn beginnt, so brutale Gleichungen zu produzieren, dass ihre Lösung nicht nur für Schüler, sondern sogar für viele Lehrer problematisch wird bleib bei solchen Problemen hängen.
Reden wir jedoch nicht über traurige Dinge. Und kehren wir zu den drei Gleichungen zurück, die ganz am Anfang der Geschichte gegeben wurden. Versuchen wir, jedes davon zu lösen.
Erste Gleichung: $((2)^(x))=4$. Nun, auf welche Potenz muss man die Zahl 2 erhöhen, um die Zahl 4 zu erhalten? Wahrscheinlich der zweite? Schließlich ist $((2)^(2))=2\cdot 2=4$ – und wir haben die richtige numerische Gleichheit erhalten, d. h. tatsächlich $x=2$. Nun, danke, Cap, aber diese Gleichung war so einfach, dass sogar meine Katze sie lösen konnte :).
Schauen wir uns die folgende Gleichung an:
\[((5)^(2x-3))=\frac(1)(25)\]
Aber hier ist es etwas komplizierter. Viele Schüler wissen, dass $((5)^(2))=25$ die Multiplikationstabelle ist. Einige vermuten auch, dass $((5)^(-1))=\frac(1)(5)$ im Wesentlichen die Definition negativer Potenzen ist (ähnlich der Formel $((a)^(-n))= \ frac(1)(((a)^(n)))$).
Schließlich erkennen nur wenige Auserwählte, dass diese Fakten kombiniert werden können und zu folgendem Ergebnis führen:
\[\frac(1)(25)=\frac(1)(((5)^(2)))=((5)^(-2))\]
Daher wird unsere ursprüngliche Gleichung wie folgt umgeschrieben:
\[((5)^(2x-3))=\frac(1)(25)\Rightarrow ((5)^(2x-3))=((5)^(-2))\]
Aber das ist schon völlig lösbar! Links in der Gleichung gibt es eine Exponentialfunktion, rechts in der Gleichung gibt es eine Exponentialfunktion, außer ihnen gibt es nirgendwo etwas anderes. Daher können wir die Grundlagen „verwerfen“ und die Indikatoren dummerweise gleichsetzen:
Wir haben die einfachste lineare Gleichung erhalten, die jeder Schüler in nur wenigen Zeilen lösen kann. Okay, in vier Zeilen:
\[\begin(align)& 2x-3=-2 \\& 2x=3-2 \\& 2x=1 \\& x=\frac(1)(2) \\\end(align)\]
Wenn Sie nicht verstehen, was passiert ist die letzten vier Linien – kehren Sie unbedingt zum Thema „Lineare Gleichungen“ zurück und wiederholen Sie es. Denn ohne ein klares Verständnis dieses Themas ist es zu früh, sich mit Exponentialgleichungen auseinanderzusetzen.
\[((9)^(x))=-3\]
Wie können wir das also lösen? Erster Gedanke: $9=3\cdot 3=((3)^(2))$, daher kann die ursprüngliche Gleichung wie folgt umgeschrieben werden:
\[((\left(((3)^(2)) \right))^(x))=-3\]
Dann erinnern wir uns daran, dass bei der Potenzierung die Exponenten multipliziert werden:
\[((\left(((3)^(2)) \right))^(x))=((3)^(2x))\Rightarrow ((3)^(2x))=-(( 3)^(1))\]
\[\begin(align)& 2x=-1 \\& x=-\frac(1)(2) \\\end(align)\]
Und für eine solche Entscheidung erhalten wir eine ehrlich verdiente Zwei. Denn mit dem Gleichmut eines Pokémon haben wir das Minuszeichen vor die Drei in die Potenz dieser Drei gesetzt. Aber das kannst du nicht tun. Und deshalb. Schauen Sie sich die verschiedenen Potenzen der Drei an:
\[\begin(matrix) ((3)^(1))=3& ((3)^(-1))=\frac(1)(3)& ((3)^(\frac(1)( 2)))=\sqrt(3) \\ ((3)^(2))=9& ((3)^(-2))=\frac(1)(9)& ((3)^(\ frac(1)(3)))=\sqrt(3) \\ ((3)^(3))=27& ((3)^(-3))=\frac(1)(27)& (( 3)^(-\frac(1)(2)))=\frac(1)(\sqrt(3)) \\\end(matrix)\]
Bei der Zusammenstellung dieser Tafel habe ich so wenig wie möglich pervertiert: Ich habe positive Grade berücksichtigt, und negative, und sogar Bruchgrade ... nun, wo gibt es mindestens einen? eine negative Zahl? Er ist nicht da! Und das kann nicht sein, denn die Exponentialfunktion $y=((a)^(x))$ nimmt erstens immer nur positive Werte an (egal wie viel eins durch zwei multipliziert oder dividiert wird, es wird immer noch a sein positive Zahl), und zweitens ist die Basis einer solchen Funktion – die Zahl $a$ – per Definition eine positive Zahl!
Nun, wie löst man dann die Gleichung $((9)^(x))=-3$? Aber auf keinen Fall: Es gibt keine Wurzeln. Und in diesem Sinne sind Exponentialgleichungen den quadratischen Gleichungen sehr ähnlich – es darf auch keine Wurzeln geben. Aber wenn in quadratische Gleichungen die Anzahl der Wurzeln wird durch die Diskriminante bestimmt (positive Diskriminante – 2 Wurzeln, negativ – keine Wurzeln), dann hängt bei Exponentialfunktionen alles davon ab, was rechts vom Gleichheitszeichen steht.
Formulieren wir also die wichtigste Schlussfolgerung: Die einfachste Exponentialgleichung der Form $((a)^(x))=b$ hat genau dann eine Wurzel, wenn $b>0$. Wenn Sie diese einfache Tatsache kennen, können Sie leicht feststellen, ob die Ihnen vorgeschlagene Gleichung Wurzeln hat oder nicht. Diese. Lohnt es sich überhaupt, das Problem zu lösen oder sofort aufzuschreiben, dass es keine Wurzeln gibt?
Dieses Wissen wird uns oft helfen, wenn wir komplexere Probleme lösen müssen. Jetzt aber genug der Texte – es ist Zeit, den grundlegenden Algorithmus zum Lösen von Exponentialgleichungen zu studieren.
So lösen Sie Exponentialgleichungen
Formulieren wir also das Problem. Es ist notwendig, die Exponentialgleichung zu lösen:
\[((a)^(x))=b,\quad a,b>0\]
Gemäß dem „naiven“ Algorithmus, den wir zuvor verwendet haben, ist es notwendig, die Zahl $b$ als Potenz der Zahl $a$ darzustellen:
Wenn außerdem anstelle der Variablen $x$ ein beliebiger Ausdruck vorhanden ist, erhalten wir eine neue Gleichung, die bereits gelöst werden kann. Zum Beispiel:
\[\begin(align)& ((2)^(x))=8\Rightarrow ((2)^(x))=((2)^(3))\Rightarrow x=3; \\& ((3)^(-x))=81\Rightarrow ((3)^(-x))=((3)^(4))\Rightarrow -x=4\Rightarrow x=-4; \\& ((5)^(2x))=125\Rightarrow ((5)^(2x))=((5)^(3))\Rightarrow 2x=3\Rightarrow x=\frac(3)( 2). \\\end(align)\]
Und seltsamerweise funktioniert dieses Schema in etwa 90 % der Fälle. Was ist dann mit den restlichen 10 %? Die restlichen 10 % sind leicht „schizophrene“ Exponentialgleichungen der Form:
\[((2)^(x))=3;\quad ((5)^(x))=15;\quad ((4)^(2x))=11\]
Nun, auf welche Potenz muss man 2 erhöhen, um 3 zu erhalten? Erste? Aber nein: $((2)^(1))=2$ ist nicht genug. Zweite? Nein auch nicht: $((2)^(2))=4$ ist zu viel. Welches denn?
Versierte Studierende haben es wahrscheinlich schon erraten: In solchen Fällen, in denen es nicht möglich ist, „schön“ zu lösen, kommt die „schwere Artillerie“ – Logarithmen – ins Spiel. Ich möchte Sie daran erinnern, dass mit Logarithmen jede positive Zahl als Potenz jeder anderen positiven Zahl (außer einer) dargestellt werden kann:
Erinnern Sie sich an diese Formel? Wenn ich meinen Schülern von Logarithmen erzähle, warne ich immer: Diese Formel (sie ist auch die wichtigste logarithmische Identität oder, wenn Sie so wollen, die Definition eines Logarithmus) wird Sie sehr lange verfolgen und am meisten „auftauchen“. unerwartete Orte. Nun, sie ist aufgetaucht. Schauen wir uns unsere Gleichung und diese Formel an:
\[\begin(align)& ((2)^(x))=3 \\& a=((b)^(((\log )_(b))a)) \\\end(align) \]
Wenn wir annehmen, dass $a=3$ unsere ursprüngliche Zahl auf der rechten Seite ist und $b=2$ die eigentliche Basis der Exponentialfunktion ist, auf die wir die rechte Seite reduzieren möchten, erhalten wir Folgendes:
\[\begin(align)& a=((b)^(((\log )_(b))a))\Rightarrow 3=((2)^(((\log )_(2))3 )); \\& ((2)^(x))=3\Rightarrow ((2)^(x))=((2)^(((\log )_(2))3))\Rightarrow x=( (\log )_(2))3. \\\end(align)\]
Wir haben eine etwas seltsame Antwort erhalten: $x=((\log )_(2))3$. Bei einer anderen Aufgabe hätten viele bei einer solchen Antwort Zweifel gehabt und begonnen, ihre Lösung noch einmal zu überprüfen: Was wäre, wenn sich irgendwo ein Fehler eingeschlichen hätte? Ich beeile mich, Ihnen zu gefallen: Hier liegt kein Fehler vor, und Logarithmen in den Wurzeln von Exponentialgleichungen sind eine völlig typische Situation. Also gewöhne dich daran :)
Nun lösen wir die verbleibenden beiden Gleichungen analog:
\[\begin(align)& ((5)^(x))=15\Rightarrow ((5)^(x))=((5)^(((\log )_(5))15)) \Rightarrow x=((\log )_(5))15; \\& ((4)^(2x))=11\Rightarrow ((4)^(2x))=((4)^(((\log )_(4))11))\Rightarrow 2x=( (\log )_(4))11\Rightarrow x=\frac(1)(2)((\log )_(4))11. \\\end(align)\]
Das ist alles! Die letzte Antwort kann übrigens auch anders geschrieben werden:
Wir haben einen Multiplikator zum Argument des Logarithmus eingeführt. Aber niemand hält uns davon ab, diesen Faktor zur Basis hinzuzufügen:
Darüber hinaus sind alle drei Optionen richtig – es ist ganz einfach verschiedene Formen Datensätze mit der gleichen Nummer. Welche Sie in dieser Lösung auswählen und aufschreiben möchten, liegt bei Ihnen.
Somit haben wir gelernt, beliebige Exponentialgleichungen der Form $((a)^(x))=b$ zu lösen, wobei die Zahlen $a$ und $b$ streng positiv sind. Die harte Realität unserer Welt ist jedoch, dass dies der Fall ist einfache Aufgaben Sie werden sich sehr, sehr selten treffen. Meistens werden Sie auf so etwas stoßen:
\[\begin(align)& ((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11; \\& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& ((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09. \\\end(align)\]
Wie können wir das also lösen? Lässt sich das überhaupt lösen? Und wenn ja, wie?
Keine Panik. Alle diese Gleichungen können schnell und einfach auf reduziert werden einfache Formeln worüber wir bereits nachgedacht haben. Sie müssen sich nur ein paar Tricks aus dem Algebrakurs merken. Und natürlich gibt es keine Regeln für die Arbeit mit Abschlüssen. Das alles erzähle ich euch jetzt :)
Exponentialgleichungen umwandeln
Das Erste, woran man sich erinnern sollte: Jede Exponentialgleichung, egal wie komplex sie auch sein mag, muss auf die eine oder andere Weise auf die einfachsten Gleichungen reduziert werden – diejenigen, die wir bereits betrachtet haben und die wir zu lösen wissen. Mit anderen Worten: Das Lösungsschema für jede Exponentialgleichung sieht folgendermaßen aus:
- Schreiben Sie die ursprüngliche Gleichung auf. Zum Beispiel: $((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11$;
- Mach irgendeinen seltsamen Scheiß. Oder sogar irgendein Mist namens „Gleichung umwandeln“;
- Als Ausgabe erhalten Sie die einfachsten Ausdrücke der Form $((4)^(x))=4$ oder etwas Ähnliches. Darüber hinaus kann eine Ausgangsgleichung mehrere solcher Ausdrücke gleichzeitig ergeben.
Mit dem ersten Punkt ist alles klar – sogar meine Katze kann die Gleichung auf ein Blatt Papier schreiben. Auch der dritte Punkt scheint mehr oder weniger klar zu sein – wir haben oben bereits eine ganze Reihe solcher Gleichungen gelöst.
Aber was ist mit dem zweiten Punkt? Was für Transformationen? Was in was umwandeln? Und wie?
Nun, lass es uns herausfinden. Zunächst möchte ich Folgendes anmerken. Alle Exponentialgleichungen werden in zwei Typen unterteilt:
- Die Gleichung besteht aus Exponentialfunktionen mit derselben Basis. Beispiel: $((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11$;
- Die Formel enthält Exponentialfunktionen mit unterschiedlichen Basen. Beispiele: $((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x))$ und $((100)^(x-1) )\cdot ((2,7)^(1-x))=$0,09.
Beginnen wir mit Gleichungen des ersten Typs – sie sind am einfachsten zu lösen. Und bei der Lösung wird uns eine Technik wie das Hervorheben stabiler Ausdrücke helfen.
Einen stabilen Ausdruck isolieren
Schauen wir uns diese Gleichung noch einmal an:
\[((4)^(x))+((4)^(x-1))=((4)^(x+1))-11\]
Was sehen wir? Die vier werden unterschiedlich stark angehoben. Aber alle diese Potenzen sind einfache Summen der Variablen $x$ mit anderen Zahlen. Daher ist es notwendig, sich an die Regeln für die Arbeit mit Abschlüssen zu erinnern:
\[\begin(align)& ((a)^(x+y))=((a)^(x))\cdot ((a)^(y)); \\& ((a)^(x-y))=((a)^(x)):((a)^(y))=\frac(((a)^(x)))(((a )^(y))). \\\end(align)\]
Vereinfacht ausgedrückt lässt sich die Addition in ein Potenzprodukt umwandeln, und die Subtraktion lässt sich leicht in eine Division umwandeln. Versuchen wir, diese Formeln auf die Grade aus unserer Gleichung anzuwenden:
\[\begin(align)& ((4)^(x-1))=\frac(((4)^(x)))(((4)^(1)))=((4)^ (x))\cdot \frac(1)(4); \\& ((4)^(x+1))=((4)^(x))\cdot ((4)^(1))=((4)^(x))\cdot 4. \ \\end(align)\]
Schreiben wir die ursprüngliche Gleichung unter Berücksichtigung dieser Tatsache um und sammeln dann alle Terme auf der linken Seite:
\[\begin(align)& ((4)^(x))+((4)^(x))\cdot \frac(1)(4)=((4)^(x))\cdot 4 -elf; \\& ((4)^(x))+((4)^(x))\cdot \frac(1)(4)-((4)^(x))\cdot 4+11=0. \\\end(align)\]
Die ersten vier Terme enthalten das Element $((4)^(x))$ – nehmen wir es aus der Klammer:
\[\begin(align)& ((4)^(x))\cdot \left(1+\frac(1)(4)-4 \right)+11=0; \\& ((4)^(x))\cdot \frac(4+1-16)(4)+11=0; \\& ((4)^(x))\cdot \left(-\frac(11)(4) \right)=-11. \\\end(align)\]
Es bleibt noch, beide Seiten der Gleichung durch den Bruch $-\frac(11)(4)$ zu dividieren, d.h. im Wesentlichen mit dem umgekehrten Bruch multiplizieren - $-\frac(4)(11)$. Wir bekommen:
\[\begin(align)& ((4)^(x))\cdot \left(-\frac(11)(4) \right)\cdot \left(-\frac(4)(11) \right )=-11\cdot \left(-\frac(4)(11) \right); \\& ((4)^(x))=4; \\& ((4)^(x))=((4)^(1)); \\& x=1. \\\end(align)\]
Das ist alles! Wir haben die ursprüngliche Gleichung auf ihre einfachste Form reduziert und die endgültige Antwort erhalten.
Gleichzeitig haben wir im Lösungsprozess den gemeinsamen Faktor $((4)^(x))$ entdeckt (und ihn sogar aus der Klammer genommen) – das ist ein stabiler Ausdruck. Sie kann als neue Variable bezeichnet werden oder Sie können sie einfach sorgfältig ausdrücken und die Antwort erhalten. Das Kernprinzip der Lösung lautet jedenfalls wie folgt:
Finden Sie in der ursprünglichen Gleichung einen stabilen Ausdruck, der eine Variable enthält, die sich leicht von allen Exponentialfunktionen unterscheiden lässt.
Die gute Nachricht ist, dass Sie mit fast jeder Exponentialgleichung einen solchen stabilen Ausdruck isolieren können.
Die schlechte Nachricht ist jedoch, dass diese Ausdrücke ziemlich knifflig und schwer zu identifizieren sein können. Schauen wir uns also ein weiteres Problem an:
\[((5)^(x+2))+((0,2)^(-x-1))+4\cdot ((5)^(x+1))=2\]
Vielleicht hat jetzt jemand eine Frage: „Pascha, bist du bekifft?“ Hier gibt es verschiedene Basen – 5 und 0,2.“ Aber versuchen wir, die Potenz auf die Basis 0,2 umzurechnen. Lassen Sie uns zum Beispiel den Dezimalbruch loswerden, indem wir ihn auf einen regulären Bruch reduzieren:
\[((0,2)^(-x-1))=((0,2)^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(2)(10 ) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)) )\]
Wie Sie sehen können, kam die Zahl 5 immer noch vor, wenn auch im Nenner. Gleichzeitig wurde der Indikator in negativ umgeschrieben. Und jetzt erinnern wir uns an eines davon die wichtigsten Regeln Arbeit mit Abschlüssen:
\[((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))\ ]
Hier habe ich natürlich ein wenig gelogen. Denn zum vollständigen Verständnis musste die Formel zur Beseitigung negativer Indikatoren wie folgt geschrieben werden:
\[((a)^(-n))=\frac(1)(((a)^(n)))=((\left(\frac(1)(a) \right))^(n ))\Rightarrow ((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(\frac(5)(1) \ rechts))^(x+1))=((5)^(x+1))\]
Andererseits hinderte uns nichts daran, nur mit Brüchen zu arbeiten:
\[((\left(\frac(1)(5) \right))^(-\left(x+1 \right)))=((\left(((5)^(-1)) \ rechts))^(-\left(x+1 \right)))=((5)^(\left(-1 \right)\cdot \left(-\left(x+1 \right) \right) ))=((5)^(x+1))\]
Aber in diesem Fall müssen Sie in der Lage sein, eine Potenz auf eine andere Potenz zu erhöhen (ich möchte Sie daran erinnern: In diesem Fall werden die Indikatoren addiert). Aber ich musste die Brüche nicht „umkehren“ – vielleicht ist das für einige einfacher :)
In jedem Fall wird die ursprüngliche Exponentialgleichung wie folgt umgeschrieben:
\[\begin(align)& ((5)^(x+2))+((5)^(x+1))+4\cdot ((5)^(x+1))=2; \\& ((5)^(x+2))+5\cdot ((5)^(x+1))=2; \\& ((5)^(x+2))+((5)^(1))\cdot ((5)^(x+1))=2; \\& ((5)^(x+2))+((5)^(x+2))=2; \\& 2\cdot ((5)^(x+2))=2; \\& ((5)^(x+2))=1. \\\end(align)\]
Es stellt sich also heraus, dass die ursprüngliche Gleichung noch einfacher gelöst werden kann als die zuvor betrachtete: Hier muss nicht einmal ein stabiler Ausdruck ausgewählt werden – alles wurde von selbst reduziert. Es bleibt nur noch, sich daran zu erinnern, dass $1=((5)^(0))$, woraus wir erhalten:
\[\begin(align)& ((5)^(x+2))=((5)^(0)); \\& x+2=0; \\& x=-2. \\\end(align)\]
Das ist die Lösung! Wir haben die endgültige Antwort erhalten: $x=-2$. Gleichzeitig möchte ich eine Technik erwähnen, die für uns alle Berechnungen erheblich vereinfacht hat:
Achten Sie darauf, Exponentialgleichungen loszuwerden Dezimalstellen, wandeln Sie sie in normale um. Dadurch können Sie die gleichen Gradzahlen sehen und die Lösung erheblich vereinfachen.
Kommen wir nun zu mehr komplexe Gleichungen, in dem es verschiedene Basen gibt, die durch Grade überhaupt nicht aufeinander reduziert werden können.
Verwenden der Degrees-Eigenschaft
Ich möchte Sie daran erinnern, dass wir zwei besonders harte Gleichungen haben:
\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& ((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09. \\\end(align)\]
Die Hauptschwierigkeit besteht hier darin, dass nicht klar ist, was und auf welcher Grundlage gegeben werden soll. Wo sind die stabilen Ausdrücke? Wo sind die gleichen Gründe? Davon gibt es nichts.
Aber versuchen wir, einen anderen Weg zu gehen. Wenn es keine vorgefertigten identischen Basen gibt, können Sie versuchen, diese durch Faktorisieren der vorhandenen Basen zu finden.
Beginnen wir mit der ersten Gleichung:
\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& 21=7\cdot 3\Rightarrow ((21)^(3x))=((\left(7\cdot 3 \right))^(3x))=((7)^(3x))\ cdot((3)^(3x)). \\\end(align)\]
Sie können aber auch das Gegenteil tun – aus den Zahlen 7 und 3 die Zahl 21 bilden. Dies ist auf der linken Seite besonders einfach, da die Indikatoren beider Grade gleich sind:
\[\begin(align)& ((7)^(x+6))\cdot ((3)^(x+6))=((\left(7\cdot 3 \right))^(x+ 6 ))=((21)^(x+6)); \\& ((21)^(x+6))=((21)^(3x)); \\& x+6=3x; \\& 2x=6; \\& x=3. \\\end(align)\]
Das ist alles! Sie haben den Exponenten außerhalb des Produkts genommen und sofort eine schöne Gleichung erhalten, die in ein paar Zeilen gelöst werden kann.
Schauen wir uns nun die zweite Gleichung an. Hier ist alles viel komplizierter:
\[((100)^(x-1))\cdot ((2,7)^(1-x))=0,09\]
\[((100)^(x-1))\cdot ((\left(\frac(27)(10) \right))^(1-x))=\frac(9)(100)\]
IN in diesem Fall Es stellte sich heraus, dass die Brüche irreduzibel waren, aber wenn etwas reduziert werden konnte, reduzieren Sie es unbedingt. Oftmals tauchen interessante Gründe auf, mit denen man bereits arbeiten kann.
Leider hat sich für uns nichts Besonderes ergeben. Aber wir sehen, dass die Exponenten links im Produkt entgegengesetzt sind:
Ich möchte Sie daran erinnern: Um das Minuszeichen im Indikator zu entfernen, müssen Sie nur den Bruch „umdrehen“. Nun, schreiben wir die ursprüngliche Gleichung um:
\[\begin(align)& ((100)^(x-1))\cdot ((\left(\frac(10)(27) \right))^(x-1))=\frac(9 )(100); \\& ((\left(100\cdot \frac(10)(27) \right))^(x-1))=\frac(9)(100); \\& ((\left(\frac(1000)(27) \right))^(x-1))=\frac(9)(100). \\\end(align)\]
In der zweiten Zeile haben wir einfach den Gesamtexponenten aus dem Produkt aus der Klammer genommen, nach der Regel $((a)^(x))\cdot ((b)^(x))=((\left(a \cdot b \right))^ (x))$, und im letzten haben sie einfach die Zahl 100 mit einem Bruch multipliziert.
Beachten Sie nun, dass die Zahlen links (an der Basis) und rechts etwas ähnlich sind. Wie? Ja, es ist offensichtlich: Es handelt sich um Potenzen gleicher Zahl! Wir haben:
\[\begin(align)& \frac(1000)(27)=\frac(((10)^(3)))(((3)^(3)))=((\left(\frac( 10)(3) \right))^(3)); \\& \frac(9)(100)=\frac(((3)^(2)))(((10)^(3)))=((\left(\frac(3)(10) \right))^(2)). \\\end(align)\]
Daher wird unsere Gleichung wie folgt umgeschrieben:
\[((\left(((\left(\frac(10)(3) \right))^(3)) \right))^(x-1))=((\left(\frac(3 )(10)\right))^(2))\]
\[((\left(((\left(\frac(10)(3) \right))^(3)) \right))^(x-1))=((\left(\frac(10 )(3) \right))^(3\left(x-1 \right)))=((\left(\frac(10)(3) \right))^(3x-3))\]
In diesem Fall erhalten Sie rechts auch einen Grad mit der gleichen Basis, für den es genügt, den Bruch einfach „umzudrehen“:
\[((\left(\frac(3)(10) \right))^(2))=((\left(\frac(10)(3) \right))^(-2))\]
Unsere Gleichung wird schließlich die Form annehmen:
\[\begin(align)& ((\left(\frac(10)(3) \right))^(3x-3))=((\left(\frac(10)(3) \right)) ^(-2)); \\& 3x-3=-2; \\& 3x=1; \\& x=\frac(1)(3). \\\end(align)\]
Das ist die Lösung. Seine Hauptidee läuft darauf hinaus, dass sogar mit aus unterschiedlichen Gründen Wir versuchen mit allen Mitteln, diese Grundlagen auf das Gleiche zu reduzieren. Dabei helfen uns elementare Umformungen von Gleichungen und Regeln für die Arbeit mit Potenzen.
Aber welche Regeln und wann sind sie anzuwenden? Wie verstehen Sie, dass Sie in einer Gleichung beide Seiten durch etwas dividieren müssen und in einer anderen die Basis der Exponentialfunktion faktorisieren müssen?
Die Antwort auf diese Frage wird mit der Erfahrung kommen. Versuchen Sie es zunächst einmal einfache Gleichungen, und verkomplizieren Sie dann die Aufgaben nach und nach – und schon bald werden Ihre Fähigkeiten ausreichen, um jede Exponentialgleichung aus demselben Einheitlichen Staatsexamen oder einer unabhängigen/Testarbeit zu lösen.
Und um Ihnen bei dieser schwierigen Aufgabe zu helfen, schlage ich vor, einen Satz Gleichungen von meiner Website herunterzuladen, um sie selbst zu lösen. Alle Gleichungen haben Antworten, sodass Sie sich jederzeit selbst testen können.
Die Verwendung von Gleichungen ist in unserem Leben weit verbreitet. Sie werden in vielen Berechnungen, beim Bau von Bauwerken und sogar im Sport eingesetzt. Der Mensch benutzte Gleichungen schon in der Antike, und seitdem hat ihre Verwendung nur noch zugenommen. Potenz- oder Exponentialgleichungen sind Gleichungen, in denen die Variablen in Potenzen vorliegen und die Basis eine Zahl ist. Zum Beispiel:
Das Lösen einer Exponentialgleichung besteht aus zwei ziemlich einfachen Schritten:
1. Sie müssen prüfen, ob die Grundlagen der Gleichung rechts und links gleich sind. Wenn die Gründe nicht dieselben sind, suchen wir nach Möglichkeiten, dieses Beispiel zu lösen.
2. Nachdem die Basen gleich geworden sind, setzen wir die Grade gleich und lösen die resultierende neue Gleichung.
Angenommen, wir erhalten eine Exponentialgleichung folgender Typ:
Es lohnt sich, die Lösung dieser Gleichung mit einer Analyse der Basis zu beginnen. Die Basen sind unterschiedlich – 2 und 4, aber zum Lösen müssen sie gleich sein, also transformieren wir 4 mit der folgenden Formel –\[ (a^n)^m = a^(nm):\]
Wir ergänzen die ursprüngliche Gleichung:
Nehmen wir es aus Klammern \
Lassen Sie uns \ ausdrücken
Da die Grade gleich sind, verwerfen wir sie:
Antwort: \
Wo kann ich eine Exponentialgleichung mit einem Online-Löser lösen?
Sie können die Gleichung auf unserer Website https://site lösen. Mit dem kostenlosen Online-Löser können Sie Online-Gleichungen beliebiger Komplexität in Sekundenschnelle lösen. Sie müssen lediglich Ihre Daten in den Solver eingeben. Auf unserer Website können Sie sich auch Videoanleitungen ansehen und erfahren, wie Sie die Gleichung lösen. Und wenn Sie noch Fragen haben, können Sie diese in unserer VKontakte-Gruppe http://vk.com/pocketteacher stellen. Treten Sie unserer Gruppe bei, wir helfen Ihnen gerne weiter.
Dies ist die Bezeichnung für Gleichungen der Form, bei denen die Unbekannte sowohl im Exponenten als auch in der Basis der Potenz enthalten ist.
Sie können einen völlig klaren Algorithmus zum Lösen einer Gleichung der Form angeben. Dazu müssen Sie darauf achten, wann Oh) Nicht gleich Null, eins und minus eins sind gleiche Potenzen von c aus den gleichen Gründen(sei es positiv oder negativ) ist nur möglich, wenn die Exponenten gleich sind. Das heißt, alle Wurzeln der Gleichung sind die Wurzeln der Gleichung f(x) = g(x) Die umgekehrte Aussage ist nicht wahr, wann Oh)< 0 und Bruchwerte f(x) Und g(x) Ausdrücke Oh) f(x) Und
Oh) g(x) verlieren ihre Bedeutung. Das heißt, beim Wechsel von nach f(x) = g(x)(für und Fremdwurzeln können auftreten, die durch Vergleich mit der ursprünglichen Gleichung ausgeschlossen werden müssen. Und Fälle a = 0, a = 1, a = -1 müssen gesondert betrachtet werden.
Um die Gleichung vollständig zu lösen, betrachten wir die Fälle:
a(x) = O f(x) Und g(x) werden positive Zahlen sein, dann ist dies die Lösung. Ansonsten nein
a(x) = 1. Die Wurzeln dieser Gleichung sind auch die Wurzeln der ursprünglichen Gleichung.
a(x) = -1. Wenn für einen Wert von x, der diese Gleichung erfüllt, f(x) Und g(x) Sind ganze Zahlen gleicher Parität (entweder beide gerade oder beide ungerade), dann ist dies die Lösung. Ansonsten nein
Wann und wir lösen die Gleichung f(x)= g(x) und indem wir die erhaltenen Ergebnisse in die ursprüngliche Gleichung einsetzen, schneiden wir die überflüssigen Wurzeln ab.
Beispiele für die Lösung von Exponentialpotenzgleichungen.
Beispiel Nr. 1.
1) x - 3 = 0, x = 3. weil 3 > 0 und 3 2 > 0, dann ist x 1 = 3 die Lösung.
2) x - 3 = 1, x 2 = 4.
3) x - 3 = -1, x = 2. Beide Indikatoren sind gerade. Diese Lösung ist x 3 = 1.
4) x - 3 ? 0 und x? ± 1. x = x 2, x = 0 oder x = 1. Für x = 0, (-3) 0 = (-3) 0 - diese Lösung ist richtig: x 4 = 0. Für x = 1, (- 2) 1 = (-2) 1 – diese Lösung ist richtig x 5 = 1.
Antwort: 0, 1, 2, 3, 4.
Beispiel Nr. 2.
Per Definition der Arithmetik Quadratwurzel: x - 1 ? 0, x ? 1.
1) x - 1 = 0 oder x = 1, = 0, 0 0 ist keine Lösung.
2) x - 1 = 1 x 1 = 2.
3) x - 1 = -1 x 2 = 0 passt nicht in ODZ.
D = (-2) - 4*1*5 = 4 - 20 = -16 - keine Wurzeln.