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Algebra · real student question

Resolver la inecuación logaritmo en base 5 de (x - 3 por la raíz cuadrada de x + 32) es menor que 2 por el logaritmo en base 5 de (la raíz cuadrada de x + 2), y dar la menor solución entera positiva.

Question

Resolver la inecuación

log⁡5(x−3x+32)<2log⁡5(x+2)\log_5\left(x-3\sqrt{x}+32\right) < 2\log_5\left(\sqrt{x}+2\right)

y dar la menor solución entera positiva.

Step-by-step solution

  1. Fijar el dominio. El radical obliga a x≥0x\ge0. Con t=x≥0t=\sqrt{x}\ge0, el primer argumento es t2−3t+32t^2-3t+32, cuyo discriminante es 9−128=−119<09-128=-119<0; como el coeficiente principal es positivo, ese argumento es siempre positivo. El segundo argumento cumple también x+2≥2>0\sqrt{x}+2\ge2>0. Así que el dominio es simplemente x≥0x\ge0 y no se perderá después ninguna solución candidata.

  2. Meter el coeficiente 2 dentro del logaritmo. Usando klog⁡bu=log⁡bukk\log_b u=\log_b u^k:

    2log⁡5(x+2)=log⁡5((x+2)2)2\log_5(\sqrt{x}+2)=\log_5\left((\sqrt{x}+2)^2\right)

    Ahora los dos lados son un único logaritmo con la misma base, que es la única forma en la que se pueden comparar directamente los argumentos.

  3. Quitar los logaritmos. Como la base 5>15>1, log⁡5\log_5 es creciente, así que la desigualdad entre logaritmos equivale a la misma desigualdad entre los argumentos (el sentido se conserva; con una base menor que 11 se invertiría):

    x−3x+32<(x+2)2x-3\sqrt{x}+32 < (\sqrt{x}+2)^2

  4. Desarrollar y cancelar. El lado derecho es x+4x+4x+4\sqrt{x}+4, y los términos en xx se cancelan en ambos lados:

    −3x+32<4x+4⟹28<7x⟹x>4-3\sqrt{x}+32 < 4\sqrt{x}+4 \quad\Longrightarrow\quad 28 < 7\sqrt{x} \quad\Longrightarrow\quad \sqrt{x}>4

  5. Elevar al cuadrado sin riesgo. Los dos lados son no negativos, así que elevar al cuadrado conserva la desigualdad:

    x>16x>16

  6. Leer el menor entero. El menor entero estrictamente mayor que 1616 es x=17x=17, y pertenece al dominio x≥0x\ge0. Comprobación: 17−317+32≈36.6317-3\sqrt{17}+32\approx36.63 mientras que (17+2)2≈37.25(\sqrt{17}+2)^2\approx37.25, así que la desigualdad sí se cumple en x=17x=17, pero falla en x=16x=16 (los dos lados valen 3636).

Answer

x>16,menor entero x=17x>16,\quad \text{menor entero } x=17

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