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Soluciones para esta ecuación logarítmica.

Para que los valores de $k$ ¿la ecuación

$\log_a(kx+3)+\log_a(x+1)=\log_a(2x+1)$

tiene una o más soluciones en $x$?


Las funciones logarítmicas debe tener la restricción de que el argumento es mayor que cero (es decir, no hay números complejos permitido).

Que las hojas de estas restricciones: $kx>-3$, $x>-1$, $x>-1/2$

Lo que he probado hasta ahora es la siguiente:

$\log_a((kx+3)(x+1))=\log_a(2x+1)$ - Logaritmo de las leyes

$(kx+3)(x+1)=2x+1$ - Logaritmo de las leyes

$kx^2+(k+3)x+3=2x+1$ - Ampliar

$kx^2+(k+1)x+2=0$ - Hacer una ecuación cuadrática en $x$

Discriminante de esta es una ecuación cuadrática en $k$: $(k+1)^2-8k$

$k^2-6k+1\ge0$

Lo que significa que la $k\le(3-2\sqrt2)$ o $k\ge(3+2\sqrt2)$

Sin embargo, esto no toma en cuenta el original restricciones del problema, así que me he quedado atascado aquí. Cómo puedo mejorar esta obligado a $k$?

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Lorin Hochstein Puntos 11816

Su obra hasta el momento está bien. Sin embargo, en estas condiciones, si bien es necesaria, no tiene que ser suficiente. Por ejemplo, las condiciones dadas permitir $k=0$, pero si $k=0$, entonces la ecuación se reduce a $\log_a(3x+3) = \log_a(2x+1)$, por lo tanto $3x+3=2x+1$, por lo tanto $x=-2$, pero si $x=-2$ $\log_a(x+1)$ no tener sentido.

En su lugar, vamos a centrarnos en $kx+3\gt 0$ $x\gt -\frac{1}{2}$ (tenga en cuenta que el último ya implica $x\gt -1$, con lo que conseguimos que una "gratis").

Al hacerlo, llegamos a la conclusión de que debemos tener $$kx^2 +(k+1)x + 2 = 0,$$ por lo tanto $$x = \frac{-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}\quad\text{or}\quad \frac{-(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}.$$

Esto conduce a su condición necesaria, $k\leq 3-2\sqrt{2}$ o $k\geq 3+2\sqrt{2}$. Ahora, ¿qué necesitamos para $x$ mayor que $-\frac{1}{2}$?

Si $k\gt 0$,$(k+1)^2 \gt k^2-6k+1$, lo $-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}\lt 0$; ambos valores de $x$ será negativa; en orden para el valor más pequeño es mayor que $-\frac{1}{2}$ necesitaríamos $$\begin{align*} \frac{-(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}&\gt-\frac{1}{2},\\ -(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1}&\gt -k &\text{(as }k\gt 0\text{)}\\ -1&\gt \sqrt{k^2-6k+1} \end{align*}$$ lo cual es imposible. Proceder de la misma manera con el otro valor de $x$ podemos $$\begin{align*} -1 & \gt -\sqrt{k^2-6k+1}\\ 1 &\lt \sqrt{k^2-6k+1}\\ 1 &\lt k^2-6k+1\\ 0 &\lt k(k-6) \end{align*}$$ lo que significa que debemos tener $k\lt 0$ o $k\gt 6$; y ya que estamos asumiendo $k\gt 0$, podemos concluir que se requieren $k\gt 6$. Así que si $k\gt 0$, entonces la única vez que hemos $x\gt-\frac{1}{2}$ es cuando $$k\gt 6\quad\text{and}\quad x = \frac{-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}.$$ Además, tenga en cuenta que si $k\gt 6$, entonces la raíz cuadrada es definido.

Todavía tenemos que comprobar la condición final, $kx+3\gt 0$. Tenemos $$\begin{align*} kx + 3 = \frac{-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}}{2}+3 &\gt 0\\ -(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1} + 6&\gt 0\\ -k + \sqrt{k^2-6k+1}+5&\gt 0\\ \sqrt{k^2-6k+1}&\gt k-5\\ k^2-6k+1 &\gt k^2-10k+25 &\text{(since }k-5\gt 0\text{)}\\ 4k &\gt 24\\ k&\gt 6 \end{align*}$$ que es lo que ya estamos asumiendo. Por lo $kx+3\gt 0$ se mantenga como bien proporcionado $k\gt 6$.

Así, por positivos $k$, las condiciones para una solución de existir se reducen a $k\gt 6$, en cuyo caso la única solución para $x$ es $$x = \frac{-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}.$$

Ahora, ¿qué acerca de la $k\lt 0$ (nota todos los valores $k^2-6k+1$ positivo)?

Si $k\lt 0$,$(k+1)^2 \lt k^2-6k+1$, lo $|k+1|\lt \sqrt{k^2-6k+1}$, por lo tanto $-\sqrt{k^2-6k+1}\lt k+1 \lt \sqrt{k^2-6k+1}$. Por lo tanto, $$-(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1} \lt 0 \lt -(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}.$$ Por lo tanto, dividiendo por el número negativo $2k$, obtenemos que $$\frac{-(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}\gt 0 \gt \frac{-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}.$$

Así un valor de $x$ es positivo y el otro es negativo siempre. El valor negativo de siempre satisfará $kx+3\gt 0$, mientras que el valor positivo siempre satisfará $x\gt -\frac{1}{2}$.

Vamos a ver cuando el valor negativo es mayor que $-\frac{1}{2}$: $$\begin{align*} \frac{-(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1}}{2k} &\gt -\frac{1}{2}\\ -(k+1)+\sqrt{k^2-6k+1} &\lt -k\\ \sqrt{k^2-6k+1} &\lt 1\\ k^2-6k &\lt 0\\ k(k-6) &\lt 0 \end{align*}$$ que requiere de $0\lt k\lt 6$; pero esto es imposible cuando se $k\lt 0$. Por lo que el valor negativo es nunca mayor que $-\frac{1}{2}$, por lo que el valor negativo de $x$ nunca los rendimientos de una solución válida.

Ahora vamos a comprobar si el valor positivo que satisface $kx+3\gt 0$: $$\begin{align*} k\left(\frac{-(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}\right) + 3 &\gt 0\\ -(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1} + 6 &\gt 0\\ -\sqrt{k^2-6k+1}&\gt k-5\\ k^2-6k+1 &\lt k^2 - 10k + 25\\ 4k &\lt 24\\ k &\lt 6 \end{align*}$$ la cual siempre mantiene desde $k\lt 0$. Así que la solución positiva siempre satisface las condiciones requeridas.

En resumen, cuando se $k\lt 0$, siempre tiene una solución, y será $$x = \frac{-(k+1)-\sqrt{k^2-6k+1}}{2k}.$$

Así que me parece que los valores de $k$ para las que existe al menos una solución real $x$ $k\lt 0$ o $k\gt 6$.

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