Algebra · real student question

Resolver la inecuación x por logaritmo en base 1/3 de (1/2 - x) mayor o igual que el valor absoluto de x.

Question

Resolver la inecuación

xlog13 ⁣(12x)  xx\log_{\frac13}\!\left(\frac12-x\right)\ \ge\ |x|

Step-by-step solution

  1. Fijar el dominio antes de tocar la inecuación. Un logaritmo necesita un argumento estrictamente positivo:

    12x>0x<12\frac12-x>0\quad\Longleftrightarrow\quad x<\frac12

    Todo lo que sigue se busca dentro de (,12)\left(-\infty,\tfrac12\right); cualquier candidato fuera de ese intervalo queda descartado automáticamente.

  2. Separar según el signo de xx, porque tanto x|x| como el sentido de la desigualdad dependen de él. Se escribe L=log1/3 ⁣(12x)L=\log_{1/3}\!\left(\tfrac12-x\right). La inecuación es xLxxL\ge|x|. Dividir entre xx es el paso natural, pero el signo de xx decide a la vez en qué se convierte x|x| y si la desigualdad se invierte, así que los tres casos x>0x>0, x=0x=0, x<0x<0 deben tratarse por separado.

  3. Caso x>0x>0. Aquí x=x|x|=x, y dividir entre el número positivo xx conserva el sentido:

    L1L\ge 1

    La base 13\tfrac13 es menor que 11, así que log1/3\log_{1/3} es decreciente: log1/3t1\log_{1/3}t\ge 1 se invierte y da 0<t(13)1=130<t\le\left(\tfrac13\right)^{1}=\tfrac13. Por tanto

    0<12x1316x<120<\frac12-x\le\frac13\quad\Longleftrightarrow\quad \frac16\le x<\frac12

    Junto con x>0x>0 esto da [16,12)\left[\tfrac16,\tfrac12\right).

  4. Caso x<0x<0. Ahora x=x|x|=-x, y dividir xLxxL\ge-x entre el número negativo xx invierte la desigualdad:

    L1L\le -1

    Usando de nuevo que log1/3\log_{1/3} es decreciente, log1/3t1\log_{1/3}t\le-1 pasa a ser t(13)1=3t\ge\left(\tfrac13\right)^{-1}=3:

    12x3x52\frac12-x\ge3\quad\Longleftrightarrow\quad x\le-\frac52

    Todo xx de ese tipo es negativo y está dentro del dominio, así que sirve toda la semirrecta (,52]\left(-\infty,-\tfrac52\right].

  5. Caso x=0x=0 — no hay que omitirlo. Al sustituir directamente se obtiene 0L=00\cdot L=0 y 0=0|0|=0, así que la desigualdad queda 000\ge0, que es cierta. El punto aislado x=0x=0 es una solución genuina aunque no esté en ninguno de los dos intervalos; es justo el punto que se perdería al dividir entre xx sin cuidado.

  6. Reunir todo y comprobar. El conjunto solución es

    x(,52]{0}[16,12)x\in\left(-\infty,-\frac52\right]\cup\{0\}\cup\left[\frac16,\frac12\right)

    Se revisan los dos extremos: en x=52x=-\tfrac52, 12x=3\tfrac12-x=3 y log1/33=1\log_{1/3}3=-1, así que el lado izquierdo vale (52)(1)=52=x(-\tfrac52)(-1)=\tfrac52=|x| — hay igualdad. En x=16x=\tfrac16, 12x=13\tfrac12-x=\tfrac13 y log1/313=1\log_{1/3}\tfrac13=1, así que el lado izquierdo vale 16=x\tfrac16=|x| — igualdad otra vez. Un valor de prueba en una zona descartada, por ejemplo x=1x=-1, da (1)log1/3320.369(-1)\log_{1/3}\tfrac32\approx0.369, que es menor que x=1|x|=1, así que queda correctamente excluido.

Answer

x(,52]{0}[16,12)x\in\left(-\infty,-\frac{5}{2}\right]\cup\{0\}\cup\left[\frac{1}{6},\frac{1}{2}\right)

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