Задание 10 · Задачи с прикладным содержанием
10.5. Показательные уравнения и неравенства
Для репетитора: показать ответы
1. Какие формулы встречаются
Показательные модели — это формулы, где неизвестная стоит в показателе степени или основанием служит степень с дробным показателем. Пример: зависимость давления от объёма при \(pV^{\alpha}=\text{const}\), а также формулы с дробными степенями. Решение сводится к сравнению степеней с одним основанием: показательное уравнение или неравенство.
Общий порядок: выписать данные и единицы, подставить числа, получить уравнение или неравенство, привести к одному основанию, решить, оценить правдоподобие ответа.
2. Показательная функция и монотонность
- Функция \(y=a^x\) (\(a>0\), \(a\ne1\)): при \(a>1\) возрастает, при \(0<a<1\) убывает.
- От монотонности зависит, сохраняется ли знак неравенства при переходе от степеней к показателям.
| Основание | Уравнение \(a^{f}=a^{g}\) | Неравенство \(a^{f}>a^{g}\) |
|---|---|---|
| \(a>1\) | \(f=g\) | \(f>g\) (знак сохраняется) |
| \(0<a<1\) | \(f=g\) | \(f<g\) (знак меняется на противоположный) |
Пример: \(5^a\ge125\) даёт \(5^a\ge5^3\), основание \(5>1\), поэтому \(a\ge3\).
3. Способы решения показательных уравнений
- Приведение к одному основанию. Например, \(5^x=\dfrac1{125}\) даёт \(5^x=5^{-3}\), откуда \(x=-3\); для \(\left(\dfrac37\right)^{3x+1}=\left(\dfrac73\right)^{5x-3}\) заменяют \(\dfrac73=\left(\dfrac37\right)^{-1}\).
- Вынесение общего множителя за скобки (например, когда в уравнении степени с показателями \(x\) и \(x+1\)).
- Замена переменной — приведение к квадратному уравнению. При замене \(t=a^{f(x)}\) обязательно учитывайте условие \(t>0\).
4. Метод рационализации (замены множителя)
Для показательных неравенств знак выражения \(a^{f(x)}-a^{g(x)}\) совпадает со знаком произведения \((a-1)(f(x)-g(x))\). Значит, показательное неравенство можно заменить рациональным и решить методом интервалов.
- Для \(a>1\) сохраняется знак разности показателей; для \(0<a<1\) он меняется на противоположный.
- Меняют множитель, а не слагаемое.
- Если в ходе преобразований появляется выражение, знак которого зависит от \(x\), решение разбивают на два случая и объединяют ответы.
5. Метод интервалов в показательных неравенствах
- Найдите область определения и промежутки непрерывности функции.
- Найдите нули (решите уравнение \(f(x)=0\)).
- Отметьте их на числовой прямой; при строгом неравенстве нули выкалываются.
- Определите знак на каждом промежутке — знаки нужно проверять, а не считать, что они обязательно чередуются.
- Выберите промежутки с нужным знаком и запишите ответ.
6. Как использовать в прикладной задаче
- Подставьте известные величины в формулу и приведите единицы к одной системе.
- Определите вид зависимости и решите уравнение/неравенство относительно искомой величины.
- Для неравенств проверьте, подходит ли ответ по смыслу и в каких единицах его требуют записать.
- Не учтено, что при основании меньше \(1\) знак неравенства для показателей меняется.
- Забыты область определения или условия \(t>0\) (и \(t\ne0\), если оно есть) при замене переменной.
- Неверно выбрана строгость неравенства на концах промежутков (выколотая или закрашенная точка).
- Потеряны корни при обратной замене.
- Неверно объединены промежутки в итоговый ответ, в том числе при разбиении на случаи.
- Считают, что нуль функции или выколотая точка обязательно меняет знак.
Разобранные примеры
Пример 1
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону где
—
Решение
Задача сводится к решению уравнения при заданных значениях параметров
и
Таким образом, масса радиоактивного изотопа будет равна 13 мг через 18 минут.
Ответ: 18.
Пример 2
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон Па
м4, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
Решение
Поскольку произведение давления на степень объёма постоянно, а давление не ниже при заданных значениях параметров
и
Па·м4 имеем неравенство:
Ответ: 8.
Пример 3
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объём и давление связаны соотношением где
и
— давление газа (в атмосферах) в начальном и конечном состояниях,
и
— объём газа (в литрах) в начальном и конечном состояниях. Изначально объём газа равен 224 л, а давление газа равно одной атмосфере. До какого объёма нужно сжать газ, чтобы давление в сосуде стало 128 атмосфер? Ответ дайте в литрах.
Решение
Подставим в формулу данные из условия:
Решим полученное уравнение, заметив, что
и возведя обе части уравнения в степень
:
Ответ: 7.
- «Показательные неравенства. Задание № 15 ЕГЭ по математике профильного уровня», И. Н. Попова, ИРО Краснодарского края (iro23.ru), 2025
- «Как решать задание 15 ЕГЭ по математике профильного уровня», У. В. Татчин, Сургут, 2020
- «Показательная функция, уравнения, неравенства», конспект урока, С. А. Магомедова, МКОУ «Балаханская СОШ»
- «Задачи с прикладным содержанием (профильный ЕГЭ)», ege-study.ru
- «Задание 10 ЕГЭ по математике профильного уровня 2027: теория и практика», egeturbo.ru
- Решу ЕГЭ, математика профильного уровня (math-ege.sdamgia.ru): условия и решения разобранных примеров
- У1
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
где p — давление газа
(в Па), V — объём газа(в м3), Найдите, какой объём V (в м3) будет занимать газ при давлении p, равном 2 · 105 Па.
- У2
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в два раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем
в 4 раза? - У3
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объём и давление связаны соотношением
где
и
— давление газа (в атмосферах) в начальном и конечном состояниях,
и
— объём газа (в литрах) в начальном и конечном состояниях. Изначально объём газа равен 256 л, а давление газа равно одной атмосфере. До какого объёма нужно сжать газ, чтобы давление в сосуде стало 128 атмосфер? Ответ дайте в литрах.
- У4
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где
− начальная масса изотопа, t − время, прошедшее от начального момента, T − период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 136 мг. Период его полураспада составляет 10 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 17 мг.
- У5
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 16 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
- У6
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где
− начальная масса изотопа, t − время, прошедшее от начального момента, T − период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 188 мг. Период его полураспада составляет 3 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 47 мг.
- У7
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 243,2 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
- У8
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При это объём и давление связаны соотношением
где p (атм) − давление газа, V — объём газа в литрах. Изначально объём газа равен 24 л, а его давление равно одной атмосфере. До какого объёма нужно сжать газ, чтобы давление в сосуде поднялось до 128 атмосфер? Ответ выразите в литрах.
- У9
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где m0 — начальная масса изотопа, t — время, прошедшее от начального момента, T — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 184 мг. Период его полураспада составляет 7 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 23 мг.
- У10
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где
— начальная масса изотопа, t — время, прошедшее от начального момента, T — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 148 мг. Период его полураспада составляет 4 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 37 мг.
- У11
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где
— начальная масса изотопа, t — время, прошедшее от начального момента, T — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 96 мг. Период его полураспада составляет 3 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 3 мг.
- У12
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где m0 — начальная масса изотопа, t — время, прошедшее от начального момента, T — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 164 мг. Период его полураспада составляет 7 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 41 мг.
- У13
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где m0 — начальная масса изотопа, t — время, прошедшее от начального момента, T — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 192 мг. Период его полураспада составляет 10 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 6 мг.
- У14
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 25 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 5 раз?
- У15
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 32 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 2 раза?
- У16
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 9 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 3 раза?
- У17
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 16 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 8 раз?
- У18
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 3 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 9 раз?
- У19
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 16 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 32 раза?
- У20
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 3 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 27 раз?
- У21
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 11,2 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
- У22
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м4, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- У23
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м5, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- У24
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
где p — давление газа в паскалях, V — объeм газа в кубических метрах. В ходе эксперимента с одноатомным идеальным газом (для него
) из начального состояния, в котором
Па
газ начинают сжимать. Какой наибольший объeм V может занимать газ при давлениях p не ниже
Па? Ответ выразите в кубических метрах.
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м5, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- Д1
В ходе распада радиоактивного изотопа его масса уменьшается по закону
где m0 — начальная масса изотопа, t — время, прошедшее от начального момента, T — период полураспада. В начальный момент времени масса изотопа 128 мг. Период его полураспада составляет 3 мин. Найдите, через сколько минут масса изотопа будет равна 1 мг.
- Д2
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 1,6 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
- Д3
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м4, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- Д4
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 25 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 5 раз?
- Д5
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м5, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- Д6
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение вчетверо объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 2 раза?
- Д7
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение вчетверо объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 8 раз?
- Д8
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м5, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- Д9
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 16 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 2 раза?
- Д10
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение вдвое объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 8 раз?
- Д11
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение вчетверо объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 2 раза?
- Д12
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение вдвое объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 16 раз?
- Д13
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 2 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 32 раза?
- Д14
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 9 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 27 раз?
- Д15
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 32 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 4 раза?
- Д16
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 9 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 3 раза?
- Д17
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 32 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 8 раз?
- Д18
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a уменьшение в 5 раз объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к увеличению давления не менее, чем в 25 раз?
- Д19
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 2 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 32 раза?
- Д20
Уравнение процесса, в котором участвовал газ, записывается в виде
где p (Па) — давление газа, V — объeм газа в кубических метрах, a — положительная константа. При каком наименьшем значении константы a увеличение в 3 раза объeма газа, участвующего в этом процессе, приводит к уменьшению давления не менее, чем в 27 раз?
- Д21
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
где p — давление газа в паскалях, V — объeм газа в кубических метрах. В ходе эксперимента с одноатомным идеальным газом (для него
) из начального состояния, в котором
Па
газ начинают сжимать. Какой наибольший объeм V может занимать газ при давлениях p не ниже
Па? Ответ выразите в кубических метрах.
При адиабатическом процессе для идеального газа выполняется закон
Па
м4, где p − давление газа в паскалях, V − объeм газа в кубических метрах,
Найдите, какой объём V (в куб. м) будет занимать газ при давлении p, равном
Па.
- Д22
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 8 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
- Д23
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 48 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.
- Д24
Установка для демонстрации адиабатического сжатия представляет собой сосуд с поршнем, резко сжимающим газ. При этом объeм и давление связаны соотношением
где p (атм.) — давление газа, V — объeм газа в литрах. Изначально объeм газа равен 128 л, а его давление равно одной атмосфере. В соответствии с техническими характеристиками поршень насоса выдерживает давление не более 128 атмосфер. Определите, до какого минимального объeма можно сжать газ. Ответ выразите в литрах.