Задание 14 · Уравнение с отбором корней
14.11. Тригонометрия и логарифмы
Для репетитора: показать ответы
1. Что это за уравнения
В таких уравнениях тригонометрическая функция стоит внутри логарифма (например, \(\log_{4}(4\sin x)\), \(\lg\cos x\)) или в его основании (например, \(\log_{\sin x}\dots\)). Нужны две теории: логарифмы (ОДЗ, свойства, методы) и тригонометрия (серии корней, отбор).
2. Логарифм: главное
Логарифм числа \(b\) по основанию \(a\) — показатель степени, в которую нужно возвести \(a\), чтобы получить \(b\): \(a^{\log_{a}b}=b\).
| Свойство (\(a>0,\ a\ne1,\ x>0,\ y>0\)) | Формула |
|---|---|
| Логарифм единицы и основания | \(\log_{a}1=0\), \(\log_{a}a=1\) |
| Произведение | \(\log_{a}(xy)=\log_{a}x+\log_{a}y\) |
| Частное | \(\log_{a}\dfrac xy=\log_{a}x-\log_{a}y\) |
| Степень | \(\log_{a}x^p=p\log_{a}x\) |
| Новое основание | \(\log_{a}x=\dfrac{\log_{b}x}{\log_{b}a}\) |
3. ОДЗ — обязательный первый шаг
- Аргумент логарифма строго положителен: для \(\log_{a}(\cos x)\) нужно \(\cos x>0\); для \(\log_{4}(4\sin x)\) нужно \(\sin x>0\).
- Основание положительно и не равно 1: для \(\log_{\sin x}\dots\) нужно \(\sin x>0\) и \(\sin x\ne1\).
- Условия ОДЗ решают тригонометрически: \(\sin x>0\) — верхняя полуокружность, \(\cos x>0\) — правая полуокружность (эти же неравенства решают по алгоритму: значение на линии синусов или косинусов, дуга, период).
- Корни, не попавшие в ОДЗ, отбрасывают. Если ОДЗ найти трудно, можно подставить корни в исходное уравнение.
4. Методы
| Метод | Суть |
|---|---|
| По определению | \(\log_{a}f(x)=b\Rightarrow f(x)=a^b\) |
| Потенцирование | \(\log_{a}u=\log_{a}v\), \(u>0\), \(v>0\) \(\Rightarrow u=v\) |
| Замена | \(t=\log_{a}f(x)\), решаем квадратное уравнение, возвращаемся к \(x\) |
| Одно основание | по формуле перехода переводим все логарифмы к одному основанию |
| Разложение на множители | приводим к виду \(A\cdot B=0\) |
Типичная схема: замена \(u=\log_{4}(4\sin x)\) даёт квадратное уравнение, например \(2u^2-5u+2=0\) с корнями \(u=2\) и \(u=\dfrac12\). Из \(u=2\) получаем \(4\sin x=16\), то есть \(\sin x=4\) — решений нет. Из \(u=\dfrac12\) получаем \(\sin x=\dfrac12\), что удовлетворяет ОДЗ (\(\sin x>0\)).
После логарифмирования или потенцирования всегда получается тригонометрическое уравнение: решайте его так же, как обычное (квадратное, однородное, разложение на множители), а затем сверяйте серии с ОДЗ.
5. Отбор корней
- Окружность. Отметьте серии, дугу ОДЗ (например, верхняя полуокружность для \(\sin x>0\)), концы отрезка. Годятся точки на пересечении всех условий.
- Подстановка. Подставьте корни в ограничения: так, из \(\cos x=\dfrac12\) получаем \(x=\pm\dfrac\pi3+2\pi k\), а условие \(\sin x>0\) оставляет только \(x=\dfrac\pi3+2\pi k\).
- Двойное неравенство для серии \(x=x_0+Tk\) и отрезка \([a;b]\): \(a\le x_0+Tk\le b\).
Проверяйте каждую серию и все целые значения параметра.
- Переход от \(\log_{a}u=\log_{a}v\) к \(u=v\) без проверки \(u>0\), \(v>0\) — посторонние корни.
- Не проверена ОДЗ после замены и потенцирования.
- Ошибка в ОДЗ или в простейшем логарифмическом уравнении — не вычислительная ошибка, она лишает баллов.
Разобранные примеры
Пример 1
а) Решите уравнение
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку
Решение
а) Преобразуем уравнение:
б) Отберем корни при помощи единичной окружности (см. рис.). Подходит
Ответ: а)
Пример 2
а) Решите уравнение
б) Укажите корни этого уравнения, принадлежащие отрезку
Решение
а) Заметим, что При этом условии исходное уравнение равносильно следующим:
б) Отберём корни при помощи единичной окружности. Подходит
Ответ: а) б)
- «Математика. Решение логарифмических уравнений», методическая разработка, mpk.brstu.ru, 2021
- «Решение логарифмических уравнений. Нестандартные приёмы решения», урок и презентация для 11 класса, infourok.ru
- «Методы решения уравнений для ЕГЭ: шпаргалка по тригонометрии», Школково (shkolkovo.online)
- Сборник задач «Тригонометрические уравнения», mathus.ru
- «Отбор корней в тригонометрических уравнениях», лекция, uoirbitmo.ru
- Методические материалы для предметных комиссий субъектов РФ по проверке заданий ЕГЭ с развёрнутым ответом, математика, ФИПИ, 2024
- У1
- У2
- У3
- У4
- У5
- У6
- У7
- У8
- У9
- У10
- У11
- У12
- У13
- У14
- У15
- У16
- У17
- У18
- У19
- У20
- У21
- У22
- У23
- У24
- У25
- Д1
- Д2
- Д3
- Д4
- Д5
- Д6
- Д7
- Д8
- Д9
- Д10
- Д11
- Д12
- Д13
- Д14
- Д15
- Д16
- Д17
- Д18
- Д19
- Д20
- Д21
- Д22
- Д23
- Д24
- Д25