Lai riigieksam 2017, ülesanne 5: Murdvõrratus ja logaritmvõrrand
1.Lahendage võrratus x+2x2(x−4)≤0.
2.Kas võrrandil 2log3(x+2)=2+log34 on lahendeid, mis kuuluvad alaülesandes 1 antud võrratuse lahendite piirkonda?Põhjendage oma vastust.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2017, ülesanne 5
Valemikaart: logaritmid
logab=c⟺ac=b,a>0,a=1,b>0
loga(xy)=logax+logay
logayx=logax−logay
logaxk=klogax
logax=logbalogbx,alogax=x
Arvtelg
Täitub sammus 2.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Võrratuses leia lugeja ja nimetaja nullkohad ning uuri avaldise märki nende vahel. Tegur x2 ei muuda märki. Võrrandis kirjuta arv 2 kolmealuselise logaritmina.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia lugeja ja nimetaja nullkohad
Esimeses küsimuses tuleb lahendada murdvõrratus. Kasutame intervallmeetodit: leiame kohad, kus lugeja või nimetaja on null, sest ainult seal võib murru märk muutuda.
Lugeja on korrutis. Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x2(x−4)=0⇒x1=0,x2=4
Nimetaja ei tohi olla null. See koht ei kuulu kunagi lahendisse.
x+2=0⇒x=−2
Murd on null täpselt siis, kui lugeja on null ja nimetaja ei ole null. Kohal x=−2 ei ole murd määratud, seega märgime selle arvteljel tühja ringiga. Kohad 0 ja 4 kuuluvad lahendisse, sest võrratus on mitterange (≤).
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia murru märk igas vahemikus
Punktid −2, 0 ja 4 jagavad arvtelje neljaks vahemikuks. Valime igast vahemikust ühe proovipunkti ja arvutame murru väärtuse.
Vahemikus (−∞;−2) võtame x=−3.
−3+2(−3)2⋅(−3−4)=−19⋅(−7)=63>0
Vahemikus (−2;0) võtame x=−1.
−1+2(−1)2⋅(−1−4)=11⋅(−5)=−5<0
Vahemikus (0;4) võtame x=1.
1+212⋅(1−4)=3−3=−1<0
Vahemikus (4;∞) võtame x=5.
5+252⋅(5−4)=725>0
Kohal x=0 märk ei muutu, sest tegur x2 on mõlemal pool nulli positiivne. Seepärast on vahemikes (−2;0) ja (0;4) sama märk. Ülejäänud nullkohtades (−2 ja 4) märk muutub.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Kirjuta võrratuse lahend
Võrratus nõuab, et murd oleks negatiivne või null. Võtame vahemikud, kus märk on miinus, ja lisame kohad, kus murd on null.
Negatiivne on murd vahemikes (−2;0) ja (0;4), null on murd kohtadel 0 ja 4.
(−2;0)∪{0}∪(0;4)∪{4}
Need osad moodustavad kokku ühe vahemiku, mille parem otspunkt kuulub lahendisse.
x∈(−2;4]
Vasak otspunkt −2 jääb välja, sest seal on nimetaja null. Parem otspunkt 4 kuulub lahendisse, sest 642⋅0=0≤0.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia võrrandi määramispiirkond
Teises küsimuses tuleb lahendada logaritmvõrrand ja kontrollida, kas tema lahendid kuuluvad hulka (−2;4]. Alustame määramispiirkonnast.
Logaritmitav peab olema positiivne.
x+2>0⇒x>−2
Logaritm on määratud ainult positiivsest arvust, seega sobivad ainult lahendid, mis on suuremad kui −2.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Kirjuta parem pool ühe logaritmina
Kirjutame arvu 2 kolmealuselise logaritmina, sest 32=9.
2=log39
Asendame ja kasutame korrutise logaritmi valemit.
2+log34=log39+log34=log3(9⋅4)=log336
Logaritmi definitsiooni järgi log39=2, sest 32=9. Valem logax+logay=loga(xy) ühendab kaks sama alusega logaritmi üheks.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Kirjuta vasak pool ühe logaritmina
Viime kordaja 2 logaritmitava astendajaks.
2log3(x+2)=log3(x+2)2
Kirjutame võrrandi uuel kujul.
log3(x+2)2=log336
Võrdse alusega logaritmid on võrdsed, kui logaritmitavad on võrdsed.
(x+2)2=36
Valem klogax=logaxk on loetud paremalt vasakule. Logaritmfunktsioon on kasvav, seega iga väärtust saavutab ta ainult ühe korra ja logaritmitavad peavad olema võrdsed.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Lahenda võrrand ja kontrolli määramispiirkonda
Arvu ruut on 36, kui arv on 6 või −6.
x+2=6vo˜ix+2=−6
Lahutame mõlemas võrrandis arvu 2.
x1=4,x2=−8
Määramispiirkond on x>−2, seega x2=−8 ei sobi.
x=4
Kohal x=−8 oleks logaritmitav −8+2=−6<0, mis ei ole lubatud. Seega on võrrandil ainult üks lahend.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 2Samm 8: Kontrolli lahendit
Arvutame võrrandi vasaku poole, kui x=4.
vp=2log3(4+2)=2log36=log336
Parem pool on eelmise sammu järgi sama logaritm.
pp=2+log34=log336
Vasak ja parem pool on võrdsed, seega lahend sobib.
vp=pp
9Samm 9Peidetud
9
Küsimus 2Samm 9: Võrdle võrratuse lahendiga
Võrratuse lahend on (−2;4]. Arv 4 on selle parem otspunkt ja kuulub lahendisse.
4∈(−2;4]
Seega on võrrandil lahend, mis kuulub võrratuse lahendite piirkonda.
jah, x=4
Siin on oluline, et esimeses küsimuses on mitterange võrratus: kui oleks <0, siis 4 lahendisse ei kuuluks ja vastus oleks „ei“.
VASTUS
1) Võrratuse lahend on x∈(−2;4]. 2) Jah, on: võrrandi ainus lahend on x=4 ja see kuulub võrratuse lahendite piirkonda (−2;4].