Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2090
i

Дана функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =\dfraca умно­жить на 2 в сте­пе­ни x плюс 14 в сте­пе­ни x минус 2 в сте­пе­ни x .

а)  Пусть a= минус дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 8 конец дроби . Ре­ши­те урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка .

б)  Пусть a= минус дробь: чис­ли­тель: 21, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби . Ре­ши­те не­ра­вен­ство f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс f левая круг­лая скоб­ка минус x пра­вая круг­лая скоб­ка \geqslant0.

в)  Най­ди­те все a, при ко­то­рых функ­ция f мо­но­тон­на на луче  левая круг­лая скоб­ка 0; плюс бес­ко­неч­ность 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)  Сде­ла­ем сразу за­ме­ну 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка x минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =t. Тогда 2 в сте­пе­ни x =2t, т. е. 4 в сте­пе­ни x = левая круг­лая скоб­ка 2t пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те =4t в квад­ра­те и урав­не­ние при­ни­ма­ет вид

 дробь: чис­ли­тель: 2at плюс 1, зна­ме­на­тель: 4t в квад­ра­те минус 2t конец дроби = дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t в квад­ра­те минус t конец дроби рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: 2at плюс 1, зна­ме­на­тель: 2t левая круг­лая скоб­ка 2t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби ,

от­сю­да t не равно 0; 1; дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Тогда

 левая круг­лая скоб­ка 2at плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =2 левая круг­лая скоб­ка 2t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка at плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

До­мно­жим урав­не­ние на 4 и вспом­ним, что 8a= минус 5, по­лу­чим

 левая круг­лая скоб­ка 8at плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка 2t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 8at плюс 8 пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка минус 5t плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка 2t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка минус 5t плюс 8 пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но минус 5t в квад­ра­те плюс 4t плюс 5t минус 4= минус 10t в квад­ра­те плюс 5t плюс 16t минус 8 рав­но­силь­но 5t в квад­ра­те минус 12t плюс 4=0 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка 5t минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка t минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний t=2,t= дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка x минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =2,2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка x минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний x минус 1=1,x минус 1= ло­га­рифм по ос­но­ва­нию целая часть: 2, дроб­ная часть: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 5 конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний x=2,x=1 плюс ло­га­рифм по ос­но­ва­нию целая часть: 2, дроб­ная часть: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 5 конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний x=2,x= ло­га­рифм по ос­но­ва­нию целая часть: 2, дроб­ная часть: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 5 . конец со­во­куп­но­сти .

б)  Обо­зна­чим те­перь t=2 в сте­пе­ни x , тогда 2 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t конец дроби и не­ра­вен­ство при­мет вид

 дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t в квад­ра­те минус t конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: a умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t конец дроби плюс 1, зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t в квад­ра­те конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: t конец дроби конец дроби боль­ше или равно 0 рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t в квад­ра­те минус t конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: at плюс t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби боль­ше или равно 0

при t не равно 0, впро­чем, на самом деле t боль­ше 0. Тогда

 дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: at плюс t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби боль­ше или равно 0 рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: at плюс t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби боль­ше или равно 0 рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: at плюс 1 минус t левая круг­лая скоб­ка at плюс t в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби боль­ше или равно 0 рав­но­силь­но

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

Со­кра­тим не­ра­вен­ство на t минус 1, не забыв при этом ис­клю­чить из бу­ду­ще­го от­ве­та t=1, тогда

 дробь: чис­ли­тель: t в квад­ра­те плюс t плюс 1 плюс at, зна­ме­на­тель: t конец дроби мень­ше или равно 0 рав­но­силь­но t в квад­ра­те плюс t плюс 1 минус дробь: чис­ли­тель: 21, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби t мень­ше или равно 0 рав­но­силь­но 4t в квад­ра­те минус 17t плюс 4 мень­ше или равно 0 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка 4t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка t минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше или равно 0,

ведь t боль­ше 0, на него можно умно­жить. Тогда t при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби ; 4 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка но t не равно 1, то есть t при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 1; 4 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка , от­сю­да 2 в сте­пе­ни x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 1; 4 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка или x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус 2; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 0; 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

в)  По­сколь­ку g левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =2 в сте­пе­ни x   — мо­но­тон­но воз­рас­та­ю­щая функ­ция, при­ни­ма­ю­щая зна­че­ния на луче  левая круг­лая скоб­ка 1; бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка при x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка , можно ис­сле­до­вать на мо­но­тон­ность функ­цию g левая круг­лая скоб­ка t пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t в квад­ра­те минус t конец дроби . Ее мо­но­тон­ность рав­но­силь­на мо­но­тон­но­сти f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка . Возь­мем про­из­вод­ную этой функ­ции. Она долж­на быть зна­ко­по­сто­ян­на на луче t при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 1; бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка :

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

Зна­ме­на­тель по­ло­жи­те­лен все­гда. Оста­лось разо­брать­ся с чис­ли­те­лем. Если a боль­ше или равно 0, то

 минус at в квад­ра­те минус 2t плюс 1 мень­ше или равно минус 2t плюс 1 мень­ше 0

при t боль­ше 1, про­из­вод­ная от­ри­ца­тель­на, функ­ция убы­ва­ет. Если a мень­ше 0, то  минус at в квад­ра­те минус 2t плюс 1  — квад­рат­ный трех­член с по­ло­жи­тель­ным стар­шим ко­эф­фи­ци­ен­том, по­это­му он по­ло­жи­те­лен при боль­ших t. Для его по­ло­жи­тель­но­сти на всем луче нужно, чтобы он был либо по­ло­жи­те­лен в точке t= дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: минус 2a конец дроби = минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби (если она лежит на луче), либо не­от­ри­ца­те­лен в точке t=1, если  минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби на луче не лежит. При a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус 1; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка ре­а­ли­зу­ет­ся пер­вый слу­чай, по­сколь­ку  минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби боль­ше 1. Под­ста­вим t= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби , тогда

 минус at в квад­ра­те минус 2t плюс 1= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: a конец дроби плюс 1= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби плюс 1 мень­ше 0,

по­это­му пер­вый слу­чай не под­хо­дит. При a мень­ше или равно минус 1 ре­а­ли­зу­ет­ся вто­рой слу­чай. Под­ста­вим t=1, тогда

 минус at в квад­ра­те минус 2t плюс 1= минус a минус 1 боль­ше или равно 0,

по­это­му вто­рой слу­чай под­хо­дит. Окон­ча­тель­но a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус бес­ко­неч­ность ; минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая квад­рат­ная скоб­ка 0; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка .

г)  Cделав все ту же за­ме­ну 2 в сте­пе­ни x =t, t боль­ше 0, t не равно 1 (иначе об­ну­ля­ет­ся зна­ме­на­тель) по­лу­чим урав­не­ние

 дробь: чис­ли­тель: at плюс 1, зна­ме­на­тель: t в квад­ра­те минус t конец дроби =b рав­но­силь­но b левая круг­лая скоб­ка t в квад­ра­те минус t пра­вая круг­лая скоб­ка =at плюс 1 рав­но­силь­но bt в квад­ра­те минус bt минус at минус 1=0.

При b=0 по­лу­ча­ем at плюс 1=0, t= минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a конец дроби , по­это­му при по­ло­жи­тель­ных a, a=0 и a= минус 1 можно взять на роль b число 0  — для него у ис­ход­но­го урав­не­ния ре­ше­ний не будет. Для всех осталь­ных a при b=0 ре­ше­ния будут. На­чи­ная с этого мо­мен­та нас ин­те­ре­су­ют толь­ко от­ри­ца­тель­ные a кроме a= минус 1.

При про­чих b это квад­рат­ное урав­не­ние. Если b боль­ше 0, то его дис­кри­ми­нант равен  левая круг­лая скоб­ка a плюс b пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс 4b боль­ше 0, а про­из­ве­де­ние кор­ней по тео­ре­ме Виета равно  минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: b конец дроби мень­ше 0, зна­чит, один из кор­ней будет по­ло­жи­тель­ным, при­чем он не может быть равен 1 (при t=1 по­лу­чим b минус b минус a минус 1=0, что верно толь­ко при a= минус 1, а им мы и так уже не за­ни­ма­ем­ся). Итак, у этого урав­не­ния ко­рень будет.

Если же b от­ри­ца­тель­но, то сумма кор­ней равна  дробь: чис­ли­тель: b плюс a, зна­ме­на­тель: b конец дроби =1 плюс дробь: чис­ли­тель: a, зна­ме­на­тель: b конец дроби боль­ше 1, по­это­му если корни есть, то по­ло­жи­тель­ные среди них будут. Оста­ет­ся един­ствен­ная воз­мож­ность  — сде­лать дис­кри­ми­нант от­ри­ца­тель­ным. Итак, во­прос свел­ся к сле­ду­ю­ще­му  — при каких от­ри­ца­тель­ных a най­дет­ся от­ри­ца­тель­ное b, для ко­то­ро­го

 левая круг­лая скоб­ка a плюс b пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс 4b мень­ше 0 рав­но­силь­но a в квад­ра­те плюс 2ab плюс b в квад­ра­те плюс 4b мень­ше 0 рав­но­силь­но b в квад­ра­те плюс b левая круг­лая скоб­ка 2a плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс a в квад­ра­те мень­ше 0.

Наи­мень­шее зна­че­ние этот квад­рат­ный трех­член при­ни­ма­ет при b= дробь: чис­ли­тель: минус левая круг­лая скоб­ка 2a плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = минус 2 минус a. Зна­чит, при a мень­ше минус 2 вер­ши­на па­ра­бо­лы y_a левая круг­лая скоб­ка b пра­вая круг­лая скоб­ка =b в квад­ра­те плюс b левая круг­лая скоб­ка 2a плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс a в квад­ра­те на­хо­дит­ся пра­вее оси ор­ди­нат, наи­мень­шее зна­че­ние на от­ри­ца­тель­ной по­лу­оси он при­ни­ма­ет при b=0 и равно оно a в квад­ра­те боль­ше 0, по­это­му при таких a дис­кри­ми­нант все­гда по­ло­жи­те­лен. На­ко­нец при a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус 2; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка под­ста­вим b= минус 2 минус a, итого

b в квад­ра­те плюс b левая круг­лая скоб­ка 2a плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс a в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка 2 плюс a пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус левая круг­лая скоб­ка 2 плюс a пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2a плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс a в квад­ра­те =
=4 плюс 4a плюс a в квад­ра­те минус 4a минус 2a в квад­ра­те минус 8 минус 4a плюс a в квад­ра­те = минус 4a минус 4,

что от­ри­ца­тель­но при a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус 1; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка   — это еще один под­хо­дя­щий про­ме­жу­ток. Окон­ча­тель­но a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус 1; бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка .

 

Ответ: а)  левая фи­гур­ная скоб­ка 2; ло­га­рифм по ос­но­ва­нию целая часть: 2, дроб­ная часть: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 5 пра­вая фи­гур­ная скоб­ка ; б)  левая квад­рат­ная скоб­ка минус 2; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 0; 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ; в)  левая круг­лая скоб­ка минус бес­ко­неч­ность ; минус 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка \cup левая квад­рат­ная скоб­ка 0; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка ; г)  левая квад­рат­ная скоб­ка минус 1; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка .


Задание парного варианта: 2085

? Источник: Про­филь­но-эли­тар­ный вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Санкт-Пе­тер­бург, 1996 год, ва­ри­ант 2
? Классификатор: По­ка­за­тель­ные не­ра­вен­ства, По­ка­за­тель­ные урав­не­ния и их си­сте­мы, Урав­не­ния с па­ра­мет­ром
?
Сложность: 11 из 10