Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2085
i

Дана функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =\dfrac4 в сте­пе­ни x минус a умно­жить на 2 в сте­пе­ни x 2 в сте­пе­ни x минус 1.

а)  Пусть a= минус 2. Ре­ши­те урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка .

б)  Пусть a= дробь: чис­ли­тель: 7, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Ре­ши­те не­ра­вен­ство f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс f левая круг­лая скоб­ка минус x пра­вая круг­лая скоб­ка \leqslant0.

в)  Най­ди­те все a, при ко­то­рых функ­ция f мо­но­тон­на на луче  левая круг­лая скоб­ка минус бес­ко­неч­ность ;0 пра­вая круг­лая скоб­ка .

г)  Най­ди­те все a при ко­то­рых су­ще­ству­ет b, такое что урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =b не имеет ре­ше­ний.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  Под­ста­вив, по­лу­чим урав­не­ние:

 дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни x плюс 2 умно­жить на 2 в сте­пе­ни x , зна­ме­на­тель: 2 в сте­пе­ни x минус 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4 умно­жить на 4 в сте­пе­ни x плюс 4 умно­жить на 2 в сте­пе­ни x , зна­ме­на­тель: 2 умно­жить на 2 в сте­пе­ни x минус 1 конец дроби .

Обо­зна­чим t=2 в сте­пе­ни x , тогда:

 дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те плюс 2t, зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4t в квад­ра­те плюс 4t, зна­ме­на­тель: 2t минус 1 конец дроби рав­но­силь­но 2t в квад­ра­те минус 3t минус 2=0 рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний t=2,t= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . конец со­во­куп­но­сти .

Вер­нем­ся к ис­ход­ным пе­ре­мен­ным:

 со­во­куп­ность вы­ра­же­ний 2 в сте­пе­ни x =2,2 в сте­пе­ни x = минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но 2 в сте­пе­ни x =2 рав­но­силь­но x=1.

б)  Под­ста­вив, по­лу­чим не­ра­вен­ство:

 дробь: чис­ли­тель: 4 в сте­пе­ни x минус дробь: чис­ли­тель: 7, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 2 в сте­пе­ни x , зна­ме­на­тель: 2 в сте­пе­ни x минус 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 4 умно­жить на 4 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус x пра­вая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 7, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус x пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус x пра­вая круг­лая скоб­ка минус 1 конец дроби \leqslant0.

Обо­зна­чим t=2 в сте­пе­ни x , тогда:

 дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те минус дробь: чис­ли­тель: 7t, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: дробь: чис­ли­тель: 7t, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус 1, зна­ме­на­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби мень­ше или равно 0 рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: t в кубе минус дробь: чис­ли­тель: 7t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 7t, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус 1, зна­ме­на­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби мень­ше или равно 0.

Най­дем корни чис­ли­те­ля: t_1=1, t_2=2, t_3= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Учи­ты­вая, что t боль­ше 0, по­лу­ча­ем:  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби мень­ше или равно t мень­ше или равно 2, при t не равно 1.

в)  Так как функ­ция y=2 в сте­пе­ни x мо­но­тон­на, для тре­бу­е­мо­го не­об­хо­ди­мо и до­ста­точ­но мо­но­тон­но­сти функ­ции g левая круг­лая скоб­ка t пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те минус at, зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби на ин­тер­ва­ле  левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка . Для про­из­вод­ной

g' левая круг­лая скоб­ка t пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те минус 2t плюс a, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби

оче­вид­но, что  левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те боль­ше 0 на ин­тер­ва­ле  левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка . Вы­яс­ним, при каких зна­че­ни­ях a со­хра­ня­ет на этом про­ме­жут­ке свой знак чис­ли­тель. Изоб­ра­зив (см. рис.) гра­фик функ­ции t=t в квад­ра­те минус 2t на от­рез­ке  левая квад­рат­ная скоб­ка 0; 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка , за­клю­ча­ем, что t в квад­ра­те минус 2t плюс a боль­ше или равно 0 на ин­тер­ва­ле  левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , если a боль­ше или равно 1 и t в квад­ра­те минус 2t плюс a мень­ше или равно 0 на ин­тер­ва­ле  левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , если a мень­ше или равно 0.

г)  Оче­вид­но, тре­бу­ет­ся найти такие a, что урав­не­ние  дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те минус at, зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби =b (*) не имеет по­ло­жи­тель­ных ре­ше­ний при каких-то b. За­ме­тим, что

 дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те минус at, зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби =t минус a плюс 1 минус дробь: чис­ли­тель: a минус 1, зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби .

При a=1, b=1 (*), оче­вид­но, не имеет ре­ше­ний.

По­стро­им те­перь эс­ки­зы гра­фи­ков функ­ции g левая круг­лая скоб­ка t пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те минус at, зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби при раз­лич­ных a не равно 1. Про­из­вод­ная

g' левая круг­лая скоб­ка t пра­вая круг­лая скоб­ка =1 плюс дробь: чис­ли­тель: a минус 1, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

Пусть a боль­ше 1. Функ­ция g воз­рас­та­ет на  левая круг­лая скоб­ка минус бес­ко­неч­ность ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка и на  левая круг­лая скоб­ка 1; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка . Учи­ты­вая по­ве­де­ние функ­ции g при tarrow 1\pm 0 и при tarrow \pm бес­ко­неч­ность , по­лу­ча­ем ри­су­нок слева.

Пусть a мень­ше 1. Функ­ция g воз­рас­та­ет на про­ме­жут­ках  левая круг­лая скоб­ка минус бес­ко­неч­ность ; 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и  левая квад­рат­ная скоб­ка 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та ; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка и убы­ва­ет на про­ме­жут­ках  левая квад­рат­ная скоб­ка 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка и  левая круг­лая скоб­ка 1; 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . За­ме­тим, что

g левая круг­лая скоб­ка 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка =2 минус a минус 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та мень­ше 2 минус a плюс 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та =g левая круг­лая скоб­ка 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка .

Учи­ты­вая по­ве­де­ние функ­ции g при tarrow 1\pm 0 и при tarrow \pm бес­ко­неч­ность , по­лу­ча­ем ри­су­нок спра­ва.

Те­перь ясно, что урав­не­ние (*) при a боль­ше 1 имеет по­ло­жи­тель­ные ре­ше­ния при всех b, а при a мень­ше 1 не имеет по­ло­жи­тель­ных (и во­об­ще любых) ре­ше­ний при

b при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 2 минус a минус 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та ; 2 минус a плюс 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус a конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка .

 

Ответ: а) {1}; б)  левая квад­рат­ная скоб­ка минус 1; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ; в) a\leqslant0 или a\geqslant1; г) a\leqslant1.


Задание парного варианта: 2090

? Источник: Про­филь­но-эли­тар­ный вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Санкт-Пе­тер­бург, 1996 год, ва­ри­ант 1
? Классификатор: По­ка­за­тель­ные не­ра­вен­ства, По­ка­за­тель­ные урав­не­ния и их си­сте­мы, Урав­не­ния с па­ра­мет­ром
?
Сложность: 11 из 10