2.Lahendage võrrand log2(x+4)+log2x=5. Kas sellel võrrandil leidub lahend, mis kuulub alaülesandes 1 toodud võrratusesüsteemi lahendite hulka?
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2022, ülesanne 9
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 62,4% punktidest (Harno aruanne).
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
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
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Esimeses võrratuses ava sulud ja vii kõik ühele poole. Teises võrratuses mõtle, millise märgiga on lugeja x2. Logaritmvõrrandis kasuta korrutise logaritmi omadust ja ära unusta määramispiirkonda.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia esimese võrratuse nullkohad
Esimeses küsimuses tuleb lahendada süsteem. Lahendame kumbagi võrratust eraldi ja leiame siis lahendite ühisosa.
Avame sulud.
x2+4x>5
Viime arvu 5 vasakule poole.
x2+4x−5>0
Leiame vastava ruutvõrrandi lahendid, kus a=1, b=4 ja c=−5.
x1;2=2⋅1−4±42−4⋅1⋅(−5)=2−4±36=2−4±6
Leiame mõlemad nullkohad.
x1=2−4−6=−5,x2=2−4+6=1
Ruutvõrratuse lahendamiseks on vaja teada, kus parabool y=x2+4x−5 lõikab x-telge.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia esimese võrratuse lahendid
Parabool avaneb üles, seega on avaldis positiivne nullkohtadest väljaspool.
L1=(−∞;−5)∪(1;∞)
L1−510
Ruutliikme kordaja on 1>0, seega parabooli harud on üleval ja nullkohtade vahel on parabool x-teljest allpool. Võrratus on range (>), seega nullkohad ise lahendisse ei kuulu.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Lahenda teine võrratus
Lugeja x2 ei ole kunagi negatiivne. Kui x=0, on murd null, mis ei ole suurem kui null.
x2>0⇔x=0
Positiivse lugeja korral on murd positiivne siis, kui ka nimetaja on positiivne.
x−2>0⇒x>2
Kõik arvud x>2 on nullist erinevad. Kirjutame teise võrratuse lahendihulga.
L2=(2;∞)
L1−510L220
Murd on positiivne, kui lugeja ja nimetaja on sama märgiga. Lugeja ei saa olla negatiivne, seega peavad nii lugeja kui ka nimetaja olema positiivsed. Kohal x=2 ei ole murd määratud.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Leia süsteemi lahend
Süsteemi lahend peab rahuldama mõlemat võrratust, seega otsime lahendihulkade ühisosa.
Kirjutame lahendihulkade ühisosa.
L=L1∩L2=((−∞;−5)∪(1;∞))∩(2;∞)
Jooniselt on näha, et mõlemad hulgad sisaldavad arve, mis on suuremad kui 2.
L=(2;∞)
L1−510L220L2−510
Vahemik (−∞;−5) ei ole hulgaga (2;∞) ühist osa. Vahemikust (1;∞) jääb alles osa, mis on suurem kui 2.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia võrrandi määramispiirkond
Teises küsimuses tuleb lahendada logaritmvõrrand. Logaritm on määratud ainult positiivsest arvust.
Mõlema logaritmi all olev avaldis peab olema positiivne.
x+4>0 ja x>0
Mõlemad tingimused on täidetud, kui x on positiivne.
x>0
Kui x>0, siis kindlasti ka x+4>0.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Lahenda logaritmvõrrand
Kasutame korrutise logaritmi omadust ehk kirjutame logaritmide summa korrutise logaritmina.
log2(x(x+4))=5
Logaritmi definitsiooni järgi on logaritmitav aluse aste.
x(x+4)=25
Avame sulud, arvutame 25=32 ja viime selle vasakule poole.
x2+4x−32=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=4 ja c=−32.
x1;2=2−4±16+128=2−4±144=2−4±12
Leiame mõlemad lahendid.
x1=2−4−12=−8,x2=2−4+12=4
Korrutise logaritm: logax+logay=loga(xy). Definitsioon: kui log2b=5, siis b=25=32.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Kontrolli lahendeid
Lahend x1=−8 ei kuulu määramispiirkonda, sest −8<0. See on võõrlahend.
x1=−8∈/(0;∞)
Arvutame võrrandi vasaku poole, kui x=4.
vp=log2(4+4)+log24=log28+log24=3+2=5
Võrrandi parem pool on 5.
pp=5
Vasak ja parem pool on võrdsed, seega see on võrrandi lahend.
x=4
Kui x=−8, siis log2(−4) ja log2(−8) ei ole määratud. Kuigi (−8)⋅(−4)=32, ei saa −8 olla esialgse võrrandi lahend.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 2Samm 8: Otsusta, kas lahend kuulub süsteemi lahendite hulka
Süsteemi lahendid on arvud, mis on suuremad kui 2. Arv 4 on suurem kui 2.
4∈(2;∞)
L1−510L220L24−510
Vastus on jah. Võrrandi lahend x=4 rahuldab mõlemat võrratust, näiteks (4+4)⋅4=32>5 ja 216=8>0.
VASTUS
1) Võrratusesüsteemi lahend on x∈(2;∞). 2) Võrrandi lahend on x=4 ja see kuulub võrratusesüsteemi lahendite hulka, sest 4>2.