Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2145
i

Даны функ­ции f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ло­га­рифм по ос­но­ва­нию x левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка и g левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: f левая круг­лая скоб­ка \tfrac1x пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби минус 1.

а)  Ре­ши­те не­ра­вен­ство f(x) + g(x) > 0.

б)  Най­ди­те все зна­че­ния x такие, что f(x) и g(x) од­но­вре­мен­но яв­ля­ют­ся це­лы­ми чис­ла­ми.

в)  Най­ди­те все по­ло­жи­тель­ные числа d такие, что урав­не­ние f(x) − g(x)  =  d не имеет ре­ше­ния.

г)  Пусть xn  — такое число, что f левая круг­лая скоб­ка x_n пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: n конец дроби , где n  — на­ту­раль­ное число, n ⩾ 2. До­ка­жи­те, что x_n мень­ше дробь: чис­ли­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n, зна­ме­на­тель: n конец дроби .

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Пре­об­ра­зу­ем сна­ча­ла вы­ра­же­ние для функ­ции g левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка :

g левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: f левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: x конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби минус 1= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: x конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: x конец дроби плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби минус 1= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: минус ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1 плюс x, зна­ме­на­тель: x конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби минус 1=

= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: минус ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 1 конец дроби минус 1= дробь: чис­ли­тель: ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: минус ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 1 минус f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби

при x боль­ше 0, x не равно 1.

а)  Обо­зна­чим f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =t, тогда не­ра­вен­ство при­мет вид

t плюс дробь: чис­ли­тель: t, зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби боль­ше 0 рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: 2t минус t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби боль­ше 0 рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: t левая круг­лая скоб­ка t минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: t минус 1 конец дроби боль­ше 0.

C по­мо­щью ме­то­да ин­тер­ва­лов по­лу­чим t при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 2; бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка . Оче­вид­но при x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка имеем x мень­ше 1 и x плюс 1 боль­ше 1, по­это­му

t=f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0,

такие x не под­хо­дят. При x боль­ше 1 имеем x плюс 1 боль­ше x боль­ше 1, по­это­му

t=f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 1.

Зна­чит слу­чай t при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка не ре­а­ли­зу­ет­ся ни при каком x. Оста­лось ре­шить не­ра­вен­ство  ло­га­рифм по ос­но­ва­нию левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 2. Учи­ты­вая, что x боль­ше 1, оно сво­дит­ся к

1 плюс x боль­ше x в квад­ра­те рав­но­силь­но x в квад­ра­те минус x минус 1 мень­ше 0 рав­но­силь­но x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Учи­ты­вая огра­ни­че­ние x боль­ше 1, окон­ча­тель­но по­лу­ча­ем x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 1; дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

б)  Пусть f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =t, тогда

g левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: t, зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби = минус 1 плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби ,

зна­чит, 1 де­лит­ся на 1 минус t, по­это­му 1 минус t=\pm 1, т. е. t=0 или t=2. При таких t вы­ра­же­ние  дробь: чис­ли­тель: t, зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби по­лу­ча­ет­ся целым. Оста­лось найти под­хо­дя­щие x. Если f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =0, то

 ло­га­рифм по ос­но­ва­нию x левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но x плюс 1=1 рав­но­силь­но x=0.

Но такое x не вхо­дит в ОДЗ функ­ции. Если f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =2, то

 ло­га­рифм по ос­но­ва­нию x левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =2 рав­но­силь­но x в квад­ра­те =x плюс 1 рав­но­силь­но x в квад­ра­те минус x минус 1=0 рав­но­силь­но x= дробь: чис­ли­тель: 1\pm ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

В ОДЗ функ­ции вхо­дит толь­ко x= дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

в)  Обо­зна­чим f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =t и за­пи­шем урав­не­ние в виде

t минус дробь: чис­ли­тель: t, зна­ме­на­тель: 1 минус t конец дроби =d рав­но­силь­но t минус t в квад­ра­те минус t= левая круг­лая скоб­ка 1 минус t пра­вая круг­лая скоб­ка d рав­но­силь­но t в квад­ра­те минус td плюс d=0

при усло­вии t не равно 1, впро­чем, не­труд­но про­ве­рить, что t=1 не яв­ля­ет­ся кор­нем этого урав­не­ния ни при каком d. Дис­кри­ми­нант этого урав­не­ния равен d в квад­ра­те минус 4d=d левая круг­лая скоб­ка d минус 4 пра­вая круг­лая скоб­ка , по­это­му при d при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 4 пра­вая круг­лая скоб­ка у урав­не­ния нет кор­ней.

При d боль­ше или равно 4 у этого урав­не­ния есть корни, при­чем они по­ло­жи­тель­ны (у них и сумма и про­из­ве­де­ние равны d боль­ше 0), зна­чит, боль­ший из них не мень­ше чем  дробь: чис­ли­тель: d, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =2. До­ка­жем те­перь, что функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка при­ни­ма­ет все зна­че­ния, не мень­шие двух  — это будет озна­чать, что урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =t_1 (где t_1  — боль­ший ко­рень урав­не­ния t в квад­ра­те минус td плюс d=0) имеет ре­ше­ние, по­это­му ис­ход­ное урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка минус g левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =d тоже имеет корни.

За­ме­тим, что f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: \ln левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: на­ту­раль­ный ло­га­рифм x конец дроби , по­это­му \lim\limits_xarrow 1 плюс 0 f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = плюс бес­ко­неч­ность , а кроме того

f левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: на­ту­раль­ный ло­га­рифм 3, зна­ме­на­тель: на­ту­раль­ный ло­га­рифм 2 конец дроби мень­ше дробь: чис­ли­тель: на­ту­раль­ный ло­га­рифм 4, зна­ме­на­тель: на­ту­раль­ный ло­га­рифм 2 конец дроби =2.

Итак, эта функ­ция, не­пре­рыв­ная при x при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 1; 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка , при­ни­ма­ет зна­че­ния, мень­шие 2 и зна­че­ния, сколь угод­но боль­шие. Зна­чит, она при­ни­ма­ет все зна­че­ния из про­ме­жут­ка  левая квад­рат­ная скоб­ка 2; плюс бес­ко­неч­ность пра­вая круг­лая скоб­ка . Итого: d при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 4 пра­вая круг­лая скоб­ка .

г)  Уви­дим xn  — это ре­ше­ние урав­не­ния x= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни n конец дроби левая круг­лая скоб­ка x боль­ше 0 пра­вая круг­лая скоб­ка . На­ри­со­вав гра­фи­ки функ­ций y  =  x и y= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни n конец дроби , видим, что до­ста­точ­но до­ка­зать, что

 дробь: чис­ли­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n, зна­ме­на­тель: n конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка \tfrac2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм nn плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни n конец дроби рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n, зна­ме­на­тель: n конец дроби плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни n боль­ше дробь: чис­ли­тель: n, зна­ме­на­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n конец дроби .

За­ме­тим те­перь, что \ln левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , если x < 1 (про­из­вод­ная раз­но­сти дан­ных вы­ра­же­ний по­ло­жи­тель­на, а в нуле их зна­че­ния сов­па­да­ют). По­это­му  левая круг­лая скоб­ка 1 плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни n боль­ше или равно e в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \tfracxn пра­вая круг­лая скоб­ка 2. За­ме­тим также, что, по­сколь­ку x минус 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм x боль­ше 0 при x ⩾ 2 (про­из­вод­ная этого вы­ра­же­ния по­ло­жи­тель­на, и при x  =  2 вы­ра­же­ние также по­ло­жи­тель­но, что про­ве­ря­ет­ся не­по­сред­ствен­но), то  дробь: чис­ли­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n, зна­ме­на­тель: n конец дроби мень­ше 1 при дан­ных n. Имеем:

 левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n, зна­ме­на­тель: n конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни n боль­ше или равно e в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \tfracn умно­жить на 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n пра­вая круг­лая скоб­ка 2n=n боль­ше дробь: чис­ли­тель: n, зна­ме­на­тель: 2 на­ту­раль­ный ло­га­рифм n конец дроби .

 

Ответ: а)  левая круг­лая скоб­ка 1; дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка ; б) x= дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; в)  левая круг­лая скоб­ка 0; 4 пра­вая круг­лая скоб­ка .


Задание парного варианта: 2140

? Источник: Про­филь­но-эли­тар­ный вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Санкт-Пе­тер­бург, 2002 год, ва­ри­ант 2
? Классификатор: До­ка­за­тель­ство тож­деств, не­ра­венств, За­да­чи с па­ра­мет­ром, Ис­сле­до­ва­ние функ­ций, Ло­га­риф­ми­че­ские урав­не­ния и си­сте­мы
?
Сложность: 11 из 10